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Verwandte Anmeldung
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der provisorischen US Patentanmeldung Seriennummer 62/314,555, die am 29. März 2016 eingereicht wurde. Der Inhalt der vorgenannten Patentanmeldung ist in die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Anmeldung durch Bezugnahme ausdrücklich eingebunden.
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Hintergrund
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Die Offenbarung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Suchen nach einem Minimum einer mehrdimensionalen Fläche, und außerdem insbesondere einen Algorithmus zum Bestimmen des Minimums einer mehrdimensionalen Fläche zu Verwendung in einem Kalibrierungsverfahren für eine Kupplung.
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Die Steuerung einer elektromechanisch betätigten hinteren Differentialeinheit (RDU = Rear Differential Unit) mit einer oder mehreren Kupplungen muss gegenüber sich verändernden Bedingungen, einschließlich Verschleiß der Kupplungen, robust sein. Eine Kupplung ist eine mechanische Einrichtung, die zur Übertragung von Leistung von einer Drehwelle auf eine andere Drehwelle eingesetzt wird. Wenn die Kupplung betätigt wird (d. h. gedrückt wird) und schlupft, kann ein Drehmoment von einer Welle auf die andere Welle übertragen werden, dessen Betrag von der auf die Kupplung ausgeübten Normalkraft und dem Schlupfniveau abhängig ist. Wenn die Kupplung vollständig ausgerückt ist (d. h. entspannt ist), sind die Wellen entkoppelt und ein Drehmoment wird nicht übertragen. Der Kupplungskontaktpunkt ist die physikalische Position, an welcher die Antriebsplatten der Kupplung mit den angetriebenen Kupplungsplatten der Kupplung zusammentreffen, und das Liefern eines Drehmoments beginnt. Wenn die Kupplung Drehmoment übertragt, verringert sich das Reibungsmaterial der Platten. In der Folge variiert mit dem Verschleiß der Kupplung der Druckbetrag, der erforderlich ist, um eine Kupplung einzurücken, gegenüber bestimmten Übertragungsdrehmomentniveaus. Um den Betrieb des Kupplungssystems zu verbessern, kann das System an die besonderen Eigenschaften von jeder Kupplung angepasst werden, um den Verschleiß der Kupplungen zu kompensieren.
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Zur Anpassung an diese sich verändernden Bedingungen werden Methoden eingesetzt, um das Verhältnis zwischen der angewandten Aktuatorposition und der auf die Kupplung ausgeübten Normalkraft zu aktualisieren. Dieses Verhältnis kann modelliert werden, indem eine Spline-Funktion an aufgezeichnete Daten angefittet wird, um eine größtmögliche Genauigkeit bereitzustellen. Die Schwierigkeit liegt in dem Finden des optimal angefitteten Splines. Der optimal angefittete Spline weist den geringsten Fehlerbetrag in Bezug auf die aufgezeichneten Daten auf.
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Eine mehrdimensionale Fläche kann verwendet werden, um den Fehler zwischen den tatsächlich aufgezeichneten Daten und einem Spline-Funktion-Fit mit variierenden Parametern zu repräsentieren. Jeder Punkt auf der mehrdimensionalen Fläche entspricht einem Fehlerwert einer Spline-Funktion. Ein Minimieren des Fehlers der Spline-Funktion und somit das Finden des Minimums der mehrdimensionalen Fläche sind das gewünschte Ziel. Viele der Suchalgorithmen, die für mehrdimensionale Flächen konzipiert sind, verwenden Ableitungen, um die lokalen oder globalen Extrema der Fläche zu finden. Das Ausführen dieser Algorithmen unter Verwendung von eingebetteten zentralen Verarbeitungseinheiten verursacht allerdings Zeitprobleme, da das Berechnen von Ableitungen erfordert, dass entweder die genaue Funktion der zu kennenden Fläche oder viele Iterationen der Algorithmen ausgeführt werden müssen, bevor die Ableitung bekannt ist. Gewünscht sind eine Begrenzung der Arbeitslast für die zentralen Verarbeitungseinheiten und der Ausführungszeit des Algorithmus.
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Zusätzlich kann die Form der mehrdimensionalen Fläche Probleme verursachen, wenn der vorhandene Suchalgorithmus implementiert wird. Wenn die mehrdimensionale Fläche einen großen Bereich mit Minimalwerten aufweist, sind Schwankungen zwischen Funktionswerten im Vergleich zu den Schwankungen in Funktionswerten, die näher zu den äußeren Grenzen liegen, klein, wodurch es schwierig wird, ein genaues Gesamtminimum zu erzielen.
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Ein zum Bestimmen des Minimums verwendeter Algorithmus ist die Brute-Force-Methode, welche alle Datenpunkte innerhalb einer Grenze sequentiell auswertet, und, wenn ein neuer Minimalwert gefunden wird, der vorherige Wert überschrieben wird. Ein weiterer für mehrdimensionale Flächen verwendeter erweiterter Algorithmus, welcher keine Ableitungen verwendet, ist das Nelder-Mead-(Simplex)-Verfahren. Dieses Verfahren verwendet ein Simplex (z. B. ein Dreieck), das aus Testpunkten aufgebaut ist, und in jeder Iteration die Testpunkte ausgewertet werden und bestimmt wird, dass sie das Simplex erweitern, zusammenzuziehen oder verkleinern. Der heuristische Charakter dieses Algorithmus garantiert nicht immer die optimale Lösung und ein genaues Minimum.
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Die Goldener-Schnitt-Suche (GSS) ist ein weiterer bekannter Algorithmus, der verwendet wird, um Extreme von zweidimensionalen unimodalen Funktionen innerhalb bestimmter Grenzen zu finden. Der GSS-Algorithmus verwendet drei Punkte, deren Abstände ein Goldener-Schnitt-Verhältnis bilden. Die Funktionswerte der drei Punkte werden berechnet, und der Punkt, der dem höchsten Wert entspricht, bleibt unberücksichtigt. Ein neuer Punkt wird dann zwischen den zwei verbleibenden Punkten positioniert, basierend auf dem Goldener-Schnitt-Verhältnis. Der bekannte GSS-Algorithmus ist sehr robust und genau beim Finden der Minima von zweidimensionalen Geraden; er wird allerdings nicht für mehrdimensionale Flächen verwendet.
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Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Bestimmen des Minimums einer mehrdimensionalen Fläche, das die Arbeitslast für die Steuerverarbeitungseinrichtung begrenzt, die Ausführungszeit des Algorithmus verkürzt und das Minium genau erfasst.
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Zusammenfassung
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In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplung durch Suchen nach dem Minimum einer mehrdimensionalen Fläche bereitgestellt, umfassend die Schritte: Erhalten einer Gruppe von gemessenen Eigenschaften der Kupplung über eine Betätigungsfolge; Bestimmen einer Gruppe von Spline-Funktionen zum Fitten der gemessenen Eigenschaften; Bestimmen von Fehlerwerten zwischen den Spline-Funktionen und den gemessenen Eigenschaften, Erstellen einer mehrdimensionalen Fläche, die die Fehlerwerte repräsentiert; Berechnen des Gradienten der mehrdimensionalen Fläche in den zx-, zy- und z-Richtungen im Grenzbereich; Bestimmen der Richtung des steilsten Gradienten der mehrdimensionalen Fläche in den zx-, zy- und z-Richtungen; Definieren einer ersten xy-Geraden mittels des steilsten Gradienten als die Steigung und eines Endpunkts; Durchführen eines ersten Goldener-Schnitt-Suchschritts, um ein erstes Minimum zu ermitteln; Definieren einer zweiten Geraden mittels des ersten Minimums und Wechseln der Richtung der Steigung der ersten Geraden; Durchführen eines zweiten Goldener-Schnitt-Suchschritts, um ein zweites Minimum zu ermitteln; Berechnen eines Abstands zwischen dem ersten Minimum und dem zweiten Minimum; Vergleichen des Abstands mit einer vorgegebenen Bedingung; Fortfahren in einer iterativen Weise mit dem Definieren einer neuen Geraden mittels des zweiten Minimums und Wechseln der Richtung der Steigung der zweiten Geraden und Durchführen einer dritten Goldener-Schnitt-Suche bis die vorgegebene Bedingung erfüllt ist; Zurückgeben eines Gesamtminimums; Ermitteln einer am besten angefitteten Spline-Funktion, die mit dem Gesamtminimum korrespondiert; und Verwenden der Spline-Funktion, um die Kupplung zu kalibrieren.
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In der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich ein computerimplementiertes System zum Kalibrieren einer Kupplung bereitgestellt, wobei das computerimplementierte System umfasst: eine digitale Verarbeitungseinrichtung, die ein Betriebssystem, das konfiguriert ist, um ausführbare Anweisungen durchzuführen, und eine Speichereinrichtung aufweist; ein computerimplementiertes Programm, das Anweisungen enthält, die durch die digitale Verarbeitungseinrichtung ausführbar sind, wobei das Computerprogramm ein Softwaremodul umfasst, das konfiguriert ist, um den Betrieb der Kupplung zu steuern; ein Steuersystem, das eine Steuereinheit und einen Aktuator in Kommunikation mit der Kupplung enthält; und eine Vielzahl von Sensoren in Kommunikation mit dem Steuersystem, die konfiguriert sind, um Kupplungseigenschaften zu überwachen. Das Softwaremodul enthält eine Vielzahl von Software-Submodulen, die konfiguriert sind, um zumindest teilweise auf Grundlage einer der durch die Vielzahl von Sensoren überwachten Kupplungseigenschaften die Betriebsbedingungen für die Kupplung zu bestimmen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die neuen Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen werden in den beigefügten Ansprüchen genauer erläutert. Ein besseres Verständnis der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Ausführungsformen soll unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, die Ausführungsbeispiele erläutert, in welchen die Prinzipien der bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden, erhalten werden, wobei in den beigefügten Zeichnungen:
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1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist;
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2 ein Flussdiagramm eines Schrittes des Verfahrens gemäß 1 ist;
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3 ein Flussdiagramm eines Schrittes des Verfahrens gemäß 2 ist;
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4 ein Flussdiagramm eines Schrittes des Verfahrens gemäß 2 ist;
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5 ein Flussdiagramm eines Schrittes des Verfahrens gemäß 2 ist;
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6 eine Perspektivdarstellung einer Trenneinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist; und
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7 eine Schnitt-Seitenansicht der hinteren Trenneinrichtung gemäß 6 ist.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Es soll verstanden werden, dass die Ausführungsformen verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen können, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es soll auch verstanden werden, dass die in den beigefügten Zeichnungen gezeigten und in der folgenden Beschreibung erläuterten bestimmten Einrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Konzepte sind, die in den beigefügten Zeichnungen definiert sind. Daher sind bestimmte Abmessungen, Richtungen oder physikalische Eigenschaften im Hinblick auf die offenbarten Ausführungsformen nicht als beschränkend zu betrachten, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
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1 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplung unter Verwendung eines Steuersystems. In einigen Ausführungsformen sind das Steuersystem und die Kupplung ein Teil eines Kraftfahrzeugs. Das Steuersystem führt ein Verfahren zum Bestimmen des Minimums einer mehrdimensionalen Fläche durch, um die Kupplung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zu kalibrieren. Die Offenbarung betrifft auch ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt und ein Computersystem zum Implementieren des Verfahrens.
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Vom Fachmann soll erkannt werden, dass die verschiedenen beispielhaften Logikblöcke, Module, Schaltungen, Strategien, Schemas und Algorithmusschritte, die in Verbindung mit den in der vorliegenden Erfindung offenbarten Ausführungsformen erläutert sind, einschließlich unter Bezugnahme auf das in der vorliegenden Erfindung erläuterte Steuersystem, optional zum Beispiel als elektronische Hardware, auf einem computerlesbaren Medium gespeicherte und durch einen Prozessor ausführbare Software, oder Kombinationen von beiden sein können.
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Um diese Austauschbarkeit von Hardware und Software zu verdeutlichen, sind vorangehend verschiedene beispielhafte Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen, Strategien, Schemas und Schritte hinsichtlich ihrer Funktion erläutert worden. Ob eine solche Funktion als Hardware oder Software implementiert wird, ist von der jeweiligen Anwendung und den dem gesamten System auferlegten Konstruktionsbedingungen abhängig. Fachmänner können die erläuterte Funktionalität in verschiedenen Weisen für jede bestimmte Anwendung implementieren, allerdings sind solche Implementierungsentscheidungen nicht so zu interpretieren, dass sie eine Abweichung vom Umfang der vorliegenden Ausführungsformen verursachen. Zum Beispiel können verschiedene beispielhafte Logikblöcke, Module, Strategien, Schemas und Schaltungen, die in Verbindung mit den in der vorliegenden Erfindung offenbarten Ausführungsformen erläutert sind, mit einem Universalprozessor, einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gatearray (FPGA) oder einer anderen programmierbaren Logikeinrichtung, diskreten Gatter oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder irgendeiner Kombination davon, die konfiguriert ist, um die in der vorliegenden Erfindung erläuterten Funktionen durchzuführen, implementiert oder durchgeführt werden. Ein Universalprozessor ist optional ein Mikroprozessor, alternativ ist der Prozessor optional aber irgendein herkömmlicher Prozessor, Steuerung, Mikrosteuerung oder Zustandsmaschine. Ein Prozessor kann optional aber auch als eine Kombination von Recheneinrichtungen implementiert sein, z. B. als eine Kombination aus einer DSP und einem Mikroprozessor, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern, oder irgendeine andere derartige Konfiguration.
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Mit solchen Modulen assoziierte Software befindet sich optional in einem RAM-Speicher, Flashspeicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einem Wechseldatenträger, einer CD-ROM oder irgendeiner anderen im Stand der Technik bekannten geeigneten Form von Speichermedium. Ein beispielhaftes Speichermedium ist so mit dem Prozessor gekoppelt, dass der Prozessor in der Lage ist, Informationen aus dem Speichermedium auszulesen und Informationen in das Speichermedium einzuschreiben. Alternativ ist das Speichermedium optional im Prozessor integriert. Der Prozessor und das Speichermedium befinden sich optional in einer ASIC. In einer Ausführungsform enthält eine Steuerung zur Verwendung als Steuerung der Kupplung zum Beispiel einen Prozessor (nicht gezeigt).
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine digitale Verarbeitungseinrichtung, oder die Verwendung derselben, enthaltend eine oder mehrere zentrale Hardwareverarbeitungseinheiten (CPU), die die Systemfunktionen durchführen. In weiteren Ausführungsformen enthält die digitale Verarbeitungseinrichtung des Weiteren ein Betriebssystem, das konfiguriert ist, um ausführbare Anweisungen durchzuführen. In einigen Ausführungsformen ist die digitale Verarbeitungseinrichtung optional mit einem Computernetzwerk verbunden. In weiteren Ausführungsformen ist die digitale Verarbeitungseinrichtung optional mit dem Internet, einer Cloud-Computing-Infrastruktur, einem Intranet oder einer Datenspeichereinrichtung verbunden.
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In Entsprechung mit der vorliegenden Beschreibung enthalten geeignete digitale Verarbeitungseinrichtungen anhand von nicht einschränkenden Beispielen Servercomputer, Desktopcomputer, Laptopcomputer, Notebook-Computer, handgehaltene Computer, Internet-Geräte, mobile Smartphones und Tablet-Computer. In einigen Ausführungsformen enthält die digitale Verarbeitungseinrichtung ein Betriebssystem, das konfiguriert ist, um ausführbare Anweisungen durchzuführen. Das Betriebssystem ist zum Beispiel Software, die Programme und Daten enthält, welche die Gerätehardware steuern und Dienste zum Ausführen von Anwendungen bereitstellen.
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In einigen Ausführungsformen enthält die Einrichtung einen Speicher und/oder eine Speichereinrichtung. Der Speicher und/oder die Speichereinrichtung sind eine oder mehrere physikalische Geräte, die verwendet werden, um Daten oder Programme temporär oder permanent zu speichern. In einigen Ausführungsformen ist die Einrichtung ein flüchtiger Speicher und benötigt Leistung, um gespeicherte Informationen zu erhalten. In einigen Ausführungsformen ist die Einrichtung nichtflüchtig. In anderen Ausführungsformen ist die Einrichtung eine Speichereinrichtung, die als nicht beschränkende Beispiele CD-ROMs, DVDs, Flashspeichereinrichtungen, Magnetplattenlaufwerke, Magnetbandlaufwerke, optische Plattenlaufwerke und Cloud-Computing-Basierte Speicher enthält. In weiteren Ausführungsformen sind der Speicher und/oder die Speichereinrichtung eine Kombination von Geräten, wie die hier offenbarten.
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In einigen Ausführungsformen enthält das Steuersystem für die hier offenbarte Kupplung zumindest ein Computerprogramm oder die Verwendung desselben. Ein Computerprogramm enthält eine Folge von Anweisungen, die in der CPU der digitalen Verarbeitungseinrichtung ausführbar sind, und die geschrieben sind, um eine bestimmte Aufgabe durchzuführen. Computerlesbare Anweisungen sind optional als Programmmodule implementiert, wie Funktionen, Objekte, Anwendungsprogrammierungsschnittstellen (APIs), Datenstrukturen und dergleichen, die besondere Aufgaben durchführen oder besondere abstrakte Datentypen implementieren. Im Lichte der hier bereitgestellten Offenbarung soll vom Fachmann erkannt werden, dass ein Computerprogramm optional in verschiedenen Versionen von verschiedenen Sprachen geschrieben ist.
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Die Funktionen der computerlesbaren Anweisungen sind optional je nach Bedarf in verschiedenen Umgebungen kombiniert oder verteilt. In einigen Ausführungsformen enthält ein Computerprogramm eine Folge von Anweisungen. In einigen Ausführungsformen enthält ein Computerprogramm eine Vielzahl von Folgen von Anweisungen. In einigen Ausführungsformen ist ein Computerprogramm von einem Ort bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen ist ein Computerprogramm von mehreren Orten bereitgestellt. In verschiedenen Ausführungsformen enthält ein Computerprogramm ein oder mehrere Softwaremodule. In verschiedenen Ausführungsformen enthält ein Computerprogramm teilweise oder ganz eine oder mehrere Webanwendungen, eine oder mehrere mobile Anwendungen, eine oder mehrere eigenständige Anwendungen, eine oder mehrere Web-Browser-Plug-Ins, Erweiterungen, Add-Ins oder Add-Ons oder Kombination davon.
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Um eine Kupplung genau zu steuern, ist es für das Steuersystem vorteilhaft, die Eigenschaften der Kupplung zu bestimmen. Die Eigenschaften der Kupplung enthalten, sind aber nicht beschränkt auf das Verhältnis zwischen Normalkraft auf die Kupplung gegenüber der Aktuatorposition (Betrag der Kompression der Kupplung) und dem Reibungskoeffizienten. In einigen Ausführungsformen enthält das Steuersystem einen Aktuator, der mit der Kupplung verbunden ist und mit einer Steuereinheit oder Steuerung in Kommunikation steht. Die Kupplung kann (ausgerückt und eingerückt) durch einen Aktuator gesteuert werden. Der Aktuator kann ein hydraulischer, elektromechanischer, elektromagnetischer, pneumatischer oder irgendein anderer Typ von Aktuator sein, der eingesetzt werden kann, um eine Kupplung auf ein gewünschtes Niveau zu drücken.
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In einer Ausführungsform wird die Kupplung gesteuert, um ein bestimmtes Niveau des übertragenen Drehmoments an eine Verriegelungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug zu liefern. Der Aktuator versorgt die Kupplung mit Leistung, um die Verriegelungseinrichtung selektiv auf gewünschte Niveaus des übertragenen Drehmoments einzurücken bzw. auszurücken. Das Steuersystem kann die Kupplung auf Grundlage des dem Aktuator zugeführten Stroms oder der Spannung kalibrieren.
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Das Steuersystem ist mit einer Gruppe von Sensoren verbunden, die eingesetzt werden, um Eigenschaften einer Kupplung und des Aktuators zu erfassen. In einer Ausführungsform überwachen die Sensoren die Position der Kupplung und den dem Aktuator zugeführten Strom. In weiteren Ausführungsformen sind die Sensoren Geschwindigkeitssensoren, die das Maß der Schlupfgeschwindigkeit detektiert haben. Die Steuereinheit empfängt Eingangssignale von einem oder mehreren Sensoren, die verschiedene Betriebseigenschaften der Kupplung oder des Aktuators anzeigen.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Verfahren zum Kalibrieren der Kupplung 100 den Schritt der Steuereinheit zum Senden eines Signals an den Aktuator, um eine Betätigungsfolge 102 zu starten. Die Sensoren sammeln Daten über die Eigenschaften der Kupplung über die Betätigungsfolge 104. Die Daten werden von den Sensoren gesammelt und an die Steuereinheit 106 übertragen. Die gesammelten Daten können in einer Speichereinrichtung, die mit dem Steuersystem verbunden oder darin enthalten ist, aufgenommen/gespeichert werden. In einer Ausführungsform zeichnen die Sensoren Werte auf, die sich auf die Motorposition und den vom Aktuator verbrauchten Strom zum Erreichen dieser Position beziehen.
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Die Steuereinheit verarbeitet dann die gesammelten Daten und erstellt eine erste Spline-Funktion, die an die aufgezeichneten Daten 108 angefittet ist. Eine Gruppe von Spline-Funktionen wird erhalten, indem ein Startpunkt und ein Endpunkt der Spline-Funktion bzw. die x- und y-Werte innerhalb einer vorgegebenen Grenze 112 vorwärts oder rückwärts verschoben werden. In einer Ausführungsform bewegen sich die Startpunkte jeweils von –400° bis 400°C für x-Werte und –100° bis 500° für y-Werte. Die Start- und Endpunkte oder Werte können sich in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung verändern. Eine mehrdimensionale Fläche, welche x- und y-Werte enthält, wird erstellt und verwendet, um eine Spline-Funktion für jede Gruppe von x- und y-Werten zu erstellen. Andere Funktionen neben Spline-Funktionen, die eine Kurve an einen Datensatz anfitten können, können in diesem Schritt verwendet werden und in der mehrdimensionalen Fläche sind zusätzliche Bemaßungen möglich.
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Anschließend schließt das Steuersystem eine Fehleranalyse ab, indem die durch die Spline-Funktionen erzeugten Werte mit den aufgezeichneten Daten 110 verglichen werden, und erstellt eine mehrdimensionale Fläche, die Fehlerwerte innerhalb der vorgegebenen Grenze 112 repräsentiert. In einer Ausführungsform wird die Fehleranalyse unter Verwendung einer quadratischen Mittelwertfunktion durchgeführt; es können allerdings auch andere Funktionen verwendet werden, die eingesetzt werden, um den Fehler zu bestimmen. Sobald eine mehrdimensionale Fläche der Fehlerwerte definiert ist, führt das Steuersystem ein Verfahren zum Bestimmen des Minimums der mehrdimensionalen Fläche 200 durch.
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2 zeigt eine Verfahren zum Bestimmen des Minimums der mehrdimensionalen Fläche 200, umfassend die Schritte: Bestimmen eines steilsten Gradienten & Richtung einer mehrdimensionalen Fläche, um eine erste Gerade 202 zu definieren, Durchführen eines rekursiven Algorithmus, umfassend das Durchführen einer ersten Goldener-Schnitt-Suche, um ein erstes Minimum 204 zu finden; Durchführen eines Richtungswechselschrittes, um eine zweite Gerade 206 zu definieren, Durchführen einer zweiten Goldener-Schnitt-Suche, um ein neues Minimum 208 zu finden, Bestimmen des Abstands zwischen dem ersten Minimum und neuen Minimum 210, und Vergleichen des Abstands mit einem vorgegebenen Wert 212.
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Der erste Schritt des Verfahrens ist die Bestimmung des Steilsten Gradienten und Richtung 202. 3 zeigt das Verfahren zum Bestimmen des Steilsten Gradienten und Richtung, umfassend die Schritte des Auswählens von Grenzwerten für eine bestimmte Anwendung 302. Eine Gruppe von extremen Grenzpunkten innerhalb einer definierten Grenze für x- und y-Werte werden ermittelt 304. Der definierte Grenzbereich variiert in Abhängigkeit von der Anwendung und bestimmten Eigenschaften der Kupplung. In einer Ausführungsform entsprechen diese extremen Grenzpunkte dem Minimum-Verschiebungsstart- und Verschiebungsendwerten und Maximum-Verschiebungsstart- und Verschiebungsendwerten, [–400, –100] beziehungsweise [400, 500]. Anschließend wird ein Startpunkt ausgewählt 306. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Startpunkt einer der extremen Grenzpunkte entsprechend dem geringsten Fehlerwert.
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Das Verfahren wird fortgeführt, indem erste und zweite zusätzliche Punkte auf der mehrdimensionalen Fläche, die sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befinden, ausgewertet werden. Der vorgegebene Bereich ist eine festgelegte Base auf dem Startpunkt, und dient als Hilfe bei der Bestimmung des (steilsten) Gradienten im nächsten Schritt 308. In einer Ausführungsform werden die ersten und zweiten zusätzlichen Punkte bestimmt, indem der Startpunkt um 15% des zulässigen vorgegebenen Bereichs beziehungsweise in die x-Richtung und y-Richtung bewegt wird. Der 15-Prozentwert kann sich in Abhängigkeit von der Anwendung und ihrem bestimmten Verhalten verändern. Die Steuereinheit bestimmt dann den entsprechende Fehlerwert des Startpunkts, ersten zusätzlichen Punkts und zweiten zusätzlichen Punkts, und die Gradienten der mehrdimensionalen Fläche in den zx-, zy- und z-Richtungen werden in berechnet 310. Anschließend wird der steilste Gradient/Steigung, der für die mehrdimensionale Fläche zuvor berechnet wurde, ermittelt und ausgewählt 312. Die Steuereinheit verwendet dann die Richtung des steilsten Gradienten, um einen Endpunkt innerhalb der vordefinierten Grenze für die x- und y-Werte 314 zu bestimmen. Der Endpunkt ist die Position, wo eine am Startpunkt beginnende Gerade, und die die Steigung mit dem steilsten Gradienten aufweist, die Grenze kreuzt, die für die x- und y-Werte eingestellt ist.
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Wenn die Richtung des steilsten Gradienten, der Startpunkt und Endpunkt bestimmt sind, kann die Steuereinheit eine erste x-y-Geradengleichung 316 erzeugen. Die Richtung des steilsten Gradienten wird verwendet, um die Steigung der x-y-Geraden zu definieren.
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Die durch den Steilster-Gradient-&-Richtungsbestimmungsschritt 202 zurückgegebene x-y-Gerade wird dann im GSS-Schritt 204 verwendet, um ein erstes Minimum auf der x-y-Geraden zu bestimmen. Der GSS-Schritt 204 wählt die zwei äußeren Punkte der ersten x-y-Geraden, die durch die Steilster-Gradient-&-Richtungsbestimmung 402 erzeugt ist, die sich auf den minimalen und maximalen zulässigen Grenzen für x und y befinden, aus, und, ausgehend von den äußeren zwei Punkten bestimmt die GSS das Minimum des Spline-Funktionswerts, das sich auf der Geraden 406 befindet, wie in 4 gezeigt. Intern kann der GSS-Schritt seine eigene einstellbare Toleranz aufweisen, welche bestimmt, wann ein zweites Minimum gefunden wurde.
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Nachdem das zweite Minimum gefunden wurde, wird der Richtungswechselschritt 206, wie in 5 gezeigt, durchgeführt. Die Steigung der ersten x-y-Geraden, die durch den ersten steilsten Gradienten & Richtung berechnet ist, wird verwendet, und die Richtung der Steigung wird gewechselt, um eine neue Steigung/Richtung 502 zu definieren. Das im GSS-Schritt berechnete zweite Minimum und die neue Steigung werden verwendet, um eine zweite x-y-Gerade 504 zu definieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Richtung der ersten Geraden um 90 Grad gewechselt; es soll allerdings verstanden werden, dass andere Winkel von Richtungswechseln in Abhängigkeit von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung verwendet werden können. Der erste Richtungswechsel ergibt eine zweite Gerade, die sich innerhalb des ursprünglichen Grenzbereichs erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann nach dem Durchführen des zweiten Richtungswechselschrittes ein neuer Grenzbereich, von welchem ein neues Minimum bestimmt 506 wird, im Vergleich zum ersten Grenzbereich verkleinert werden. Die Verkleinerung der Grenzgröße ergibt weniger Iterationen des GSS 204 und Richtungswechselschrittes 306 im Verfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Grenzbereich um 50% der ursprünglichen Größe verkleinert und befindet sich um das letzte gefundene Minimum; es soll allerdings verstanden werden, dass eine andere prozentuale Verringerung nach Bedarf ausgewählt werden kann, um das Verfahren auf eine bestimmte Anwendung abzustimmen.
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Wie in 2 dargestellt, berechnet das Verfahren nach jedem Durchführen des GSS-Schrittes 202 neben der Bestimmung des zweiten Minimums 208 gesondert den Abstand zwischen dem neuen Minimum und dem zuvor bestimmten Minimum sowohl für den x-Wert als auch für den y-Wert. Zum Beispiel nach dem Bestimmen des zweiten Minimums wird das zweite Minimum mit dem ersten Minimum 212 verglichen. Wenn die Änderung in dem Wert der x- und y-Werte (oder des Abstands zwischen den zwei Minima) weniger beträgt als ein vorgegebener Wert oder eine Schlussbedingung, stoppt das Verfahren und das Gesamtminimum der mehrdimensionalen Fläche 214 wird zurückgegeben.
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Wenn nicht, werden die Schritte des Richtungswechsels 206 und der GSS 208 wiederholt, bis die Änderung zwischen zwei aufeinanderfolgend bestimmten Minima (d. h. zwischen dem zweiten und dem dritten Minimum oder dem dritten und dem vierten Minimum oder dem vierten und dem fünften Minimum...) 210 die vorgegebene Schlussbedingung 212 erfüllt.
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In einer Ausführungsform wird der gesamte XY-Abstand zwischen den zwei Minima verwendet, um die Schlussbedingung zu prüfen, wobei beide Werte auch separat verwendet werden können, um die Genauigkeit des Verfahrens bei Bedarf zu erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Schlussbedingung 1 Grad der Drehung; es soll allerdings verstanden werden, dass sich der Wert in Abhängigkeit von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung verändern kann. Sobald die vorgegebene Schlussbedingung erfüllt ist, gibt das Verfahren einen Gesamtminimumwert aus.
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In einer weiteren Ausführungsform kann dieses Verfahren eingesetzt werden, um die Maxima der mehrdimensionalen Fläche anstelle des Minimums in einer ähnlichen Weise zu erfassen.
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Wie in 1 dargestellt, nachdem das Gesamtminimum ermittelt 200 ist, ermittelt die Steuereinheit eine am besten angefittete Spline-Funktion, welche die mit dem Minimum 300 assoziierte Spline-Funktion ist. Die am besten angefittete Spline-Funktion wird dann verwendet, um die Kupplung 400 zu kalibrieren.
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In einer Ausführungsform wird das Steuersystem für eine elektromechanisch betätigte Differentialeinheit 10 mit einer oder mehreren Kupplungen 30, wie in den 6 und 7 gezeigt, eingesetzt. Die Steuereinheit kann mit zusätzlichen elektronischen Komponenten, die die Drehmomentführung über eine Fahrzeugantriebsachsenanordnung, zum Beispiel eine hintere Differentialantriebsachsenanordnung, steuert, in Kommunikation stehen. Das Steuersystem ist an einem mit einem Elektromotor betriebenen Aktuator 18 befestigt, der die durch die Kupplung 30 aufgebrachten Klemmkräfte steuert.
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In weiteren Ausführungsformen können das Steuersystem (nicht gezeigt) und die Kupplung mit einer Vorderachsentrenneinheit, einem vorderachsenbegrenzten Schlupfdifferential oder einem hinterachsenbegrenzten Schlupfdifferential oder irgendeiner Anwendung verbunden sein, bei welcher das übertragene Drehmoment einer Kupplung oder die auf eine Kupplung ausgeübte Normalkraft zu steuern ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das vorstehend erläuterte Verfahren unter Verwendung eines computerimplementierten Systems zum Kalibrieren einer Kupplung implementiert sein. Das computerimplementierte System kann eine digitale Verarbeitungseinrichtung enthalten, die ein Betriebssystem, das konfiguriert ist, um ausführbare Anweisungen durchzuführen, und eine Speichereinrichtung enthält. Zudem kann das computerimplementierte System ein Computerprogramm enthalten, das Anweisungen enthält, die durch die digitale Verarbeitungseinrichtung ausführbar sind. Das Computerprogramm enthält Softwaremodule, die konfiguriert sind, um den Betrieb der Kupplung zu steuern. Die Softwaremodule enthalten eine Vielzahl von Software-Submodulen, die konfiguriert sind, um zumindest teilweise auf Grundlage von einer der Kupplungseigenschaften, die durch die Vielzahl von Sensoren überwacht werden, optimale Betriebsbedingungen für die Kupplung zu bestimmen. Die Software-Submodule sind konfiguriert, um Schritte des Verfahrens 100 durchzuführen, umfassend, aber nicht beschränkt auf Anfitten der Kupplungskennwerte an eine Spline-Funktion, Erzeugen einer mehrdimensionalen Fläche, die Fehlerwerte zwischen der Spline-Funktion und den Kupplungseigenschaften repräsentiert.
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In Entsprechung mit den Bestimmungen des Patentgesetzes wurden die Ausführungsformen dahingehend erläutert, was als die bevorzugten Ausführungsformen repräsentierend betrachtet wird. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass die Ausführungsformen anders als insbesondere dargestellt und erläutert realisiert sein können, ohne von ihrem Sinn oder Umfang abzuweichen.
