DE112020007866T5

DE112020007866T5 - System zur Steuerung einer Kupplung

Info

Publication number: DE112020007866T5
Application number: DE112020007866.3T
Authority: DE
Inventors: Yuu Yaguchi
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2023-11-02
Also published as: CN116685783B; JPWO2022137321A1; CN116685783A; JP7457161B2; US11965565B2; WO2022137321A1; US20230323923A1

Abstract

Ein System zur Steuerung einer Kupplung ist vorgesehen mit: einem Druckelement, das zwischen einer ersten Position zum Trennen der Kupplung und einer zweiten Position zum Verbinden der Kupplung beweglich ist; einer Magnetspule, die einen magnetischen Fluss als Reaktion auf das Zuführen elektrischer Energie erzeugt; einem beweglichen Element, das antriebsmäßig mit dem Druckelement gekoppelt ist und durch den magnetischen Fluss bewegt wird, um das Druckelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen; eine elektrische Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie der elektrischen Energie Wechselstrom hinzuzufügt und die elektrischen Energie mit dem Wechselstrom an die Magnetspule anlegt; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Phasendifferenz eines elektrischen Stroms relativ zu einer elektrischen Spannung in dem der elektrischen Energie hinzugefügten Wechselstrom ermittelt und die ermittelte Phasendifferenz mit einem Referenzwert vergleicht, um zu bestimmen, ob sich das Druckelement in der ersten Position oder in der zweiten Position befindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System, das Ein- und Auskuppeln einer Kupplung steuert, und insbesondere ein System, das in der Lage ist, festzustellen, ob die Kupplung eingekuppelt oder ausgekuppelt ist, ohne dass ein besonderer Mechanismus für diese Feststellung erforderlich ist.
Stand der Technik
In Rotationsvorrichtungen für Fahrzeuge werden häufig Kupplungen verwendet, um diese Funktionen selektiv ein- und auszuschalten. Ein so genanntes Sperrdifferential hat beispielsweise eine eingebaute Klauenkupplung, die normalerweise ausgeschaltet ist, um eine Differentialbewegung zwischen den Abtriebsachsen zu ermöglichen, und die, wenn sie durch einen externen Aktuator verbunden ist, die Differentialbewegung sperrt.
Ein Aktuator, wie z. B. ein Hydraulikzylinder, ein Steuerkurvenmechanismus mit einem Motor oder ein Magnetaktuator, wird verwendet, um eine in eine Rotationsvorrichtung integrierte Kupplung von außen zu betätigen. Unter den Magnetaktuatoren sind einige so konzipiert, dass sie koaxial zu einer Rotationsvorrichtung angeordnet werden können und eine kompakte Bauweise aufweisen, was die Handhabung der Rotationsvorrichtung mit dem integrierten Magnetaktuator erleichtert.
Auch wenn ein Aktuator betätigt wird, würde eine Kupplung in dem seltenen Fall, dass sich die Kupplungszähne in einer für den gegenseitigen Eingriff ungeeigneten Position befinden, nicht einkuppeln. Andererseits würden die Kupplungszähne durch die Viskosität des Schmiermittels oder die Magnetisierung der Kupplung selbst vorübergehend aneinanderhaften und somit nicht getrennt werden können, auch wenn der Aktuator nicht betätigt ist. Genauer gesagt würde das Ein- und Ausschalten des Aktuators nicht notwendigerweise mit dem Ein- und Auskuppeln der Kupplung einhergehen. Um einen unvorhersehbaren Betrieb der Rotationsvorrichtung zu verhindern, ist es oft notwendig, eine Vorrichtung vorzusehen, um zu erkennen, ob die Kupplung verbunden ist oder nicht, hinzuzufügen.
Die Patentliteratur 1 bis 3 offenbart Stand der Technik.
Zitierliste Patentliteratur:

PTL 1: PCT International Veröffentlichung WO 2018/109874 A1
PTL 2: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2004-208460
PTL 3: PCT Internationale Veröffentlichung WO 2018/118912 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Wie aus den Zeichnungen von PTL 1 ersichtlich ist, erfordert ein Detektor das Hinzufügen von Strukturelementen wie einem Zugschalter auf dem Träger. Diese Elemente bewirken an sich eine Kostenerhöhung, und auch die Elemente auf dem Träger erfordern einen Montageaufwand zusätzlich zu dem für die Differential-Haupteinheit, was die Montage des Fahrzeugs verkompliziert. Nach dem in PTL 2 und 3 offenbarten Stand der Technik werden Impulsströme an Magneten angelegt und die Reaktionen darauf detektiert, wodurch Detektoren die Zustände von Aktuatoren elektrisch erfassen können. Diese Vorrichtungen erfordern keine zusätzlichen Strukturelemente, aber da die Impulsströme selbst eine Antriebskraft erzeugen, erzeugen die Aktuatoren als Reaktion darauf mechanische oder akustische Geräusche, und in einem schweren Fall würde ihr Betrieb instabil werden.
Die nachstehend beschriebene Vorrichtung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme entwickelt.
Ein System zur Steuerung einer Kupplung ist vorgesehen mit: einem Druckelement, das antriebsmäßig mit der Kupplung gekoppelt und axial zwischen einer ersten Position zum Trennen der Kupplung und einer zweiten Position zum Verbinden der Kupplung beweglich ist; einer Magnetspule, die als Reaktion auf Zufuhr von elektrischer Energie einen magnetischen Fluss erzeugt; einem beweglichen Element, das so angeordnet ist, dass es den magnetischen Fluss empfängt, und antriebsmäßig mit dem Druckelement gekoppelt ist, wobei das bewegliche Element durch den magnetischen Fluss bewegt wird, um das Druckelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen; eine elektrische Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie der elektrischen Energie Wechselstromenergie (AC power) hinzufügt und die elektrische Energie mit der Wechselstromenergie an die Magnetspule anlegt; und eine Steuerung, die elektrisch mit der elektrischen Schaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie eine Phasendifferenz eines elektrischen Stroms relativ zu einer elektrischen Spannung in der der elektrischen Energie hinzugefügten Wechselstromenergie erfasst und die erfasste Phasendifferenz mit einem Referenzwert vergleicht, um zu bestimmen, ob das Druckelement in der ersten Position oder in der zweiten Position ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem System zur Steuerung einer Kupplung.
2 ist eine perspektivische teilweise Explosionsdarstellung einer Kombination aus dem System und einem Sperrdifferential gemäß einem Beispiel.
3 ist eine Schnittansicht der Kombination aus dem System und dem Sperrdifferential, gemäß der Linie III-III von 2.
4 ist eine Schnittansicht einer Kombination aus dem System und einem freilaufenden Differential.
5 ist eine Schnittansicht einer Kombination aus dem System und einem Sperrdifferential gemäß einem weiteren Beispiel.
6 ist eine schematische Zeichnung von Wellenformen zur Erklärung von Phasenunterschieden von Strömen relativ zu einer Spannung, die den Einfluss einer Position eines beweglichen Elements auf einen Phasenunterschied zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses, bei dem eine Steuereinheit eine Position eines Druckelements gemäß einem Beispiel bestimmt.
8 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung, die eine Phasendifferenz in ein elektrisches Potential umwandelt, gemäß einem Beispiel.

Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Beschreibungen und den beigefügten Ansprüchen bedeutet eine Achse, sofern nicht anders beschrieben, eine zentrale Achse eines Aktuators, die normalerweise mit einer Drehachse eines Rotationskörpers und einer mit dem Rotationskörper verbundenen Welle übereinstimmt. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und es wird daher besonders darauf hingewiesen, dass die Maßverhältnisse nicht auf die darin gezeigten beschränkt sind.
Das nachfolgend beschriebene System nutzt im Allgemeinen die durch die Bewegung eines beweglichen Elements hervorgerufene Induktivitätsänderung eines Elektromagneten, um die Position eines mit dem beweglichen Element gekoppelten Druckelements zu erfassen und so festzustellen, ob die Kupplung ein- oder ausgekuppelt ist. Das System kann zur Steuerung einer Kupplung verwendet werden, die in Verbindung mit einer beliebigen Rotationsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt wird, und insbesondere zum Ein- und Auskuppeln der Kupplung von außerhalb der Rotationsvorrichtung, um ihre Funktion zu steuern. Wenn die Kupplung geschlossen ist, wird Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs über die Kupplung übertragen, und, wenn sie geöffnet ist, wird eine Drehmomentübertragung abgeschaltet.
Bezugnehmend auf 1 ist das Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor oder einem Motor 31 ausgestattet, und das vom Verbrennungsmotor oder Motor 31 erzeugte Drehmoment wird über ein Getriebe 33, eine Kraftübertragungseinheit 35 und eine Kardanwelle 37 auf ein Differential 3 übertragen und dadurch auf die Hinterachsen 43 (bei einem FR-Fahrzeug bzw. Frontmotor-Hinterradantrieb-Fahrzeug) verteilt. Die Kraftübertragungseinheit 35 kann das Drehmoment zusätzlich auch auf die Vorderachsen 41 verteilen (4WD bzw. Allradfahrzeug), oder das Drehmoment kann vom Getriebe 33 nur auf die Vorderachsen 41 verteilt werden (FF-Fahrzeug bzw. Frontmotor-Frontantrieb-Fahrzeug), und das später beschriebene System kann in jedem dieser Fälle angewendet werden. Das Differential 3 hat oft eine eingebaute Klauenkupplung 10, um seine Funktion zu steuern, die von einem entsprechenden Aktuator 1 an der Außenseite betätigt wird.
Das nachstehend beschriebene System ist zwar auf verschiedene Rotationsvorrichtungen anwendbar, ein Beispiel ist jedoch das Differential 3 zur differentiellen Verteilung von Drehmoment auf die rechte und linke Achse. Die 2, 3 und 5 sind Beispiele für die Kombination mit sogenannten Sperrdifferentialen, und 4 ist ein Beispiel für die Kombination mit einem freilaufenden Differential.
Unter besonderer Bezugnahme auf 3 in Kombination mit 2, ist das Differential 3 ist ein rotierender Körper mit einer eingebauten Kupplung 10, der eine Drehbewegung T um eine Achse X ausführen kann. Das Differential 3 ist mit einem Differentialradsatz 21 versehen, der mit dessen Gehäuse 27 gekoppelt ist, und der Differentialradsatz 21 ist mit Seitenrädern 23 und 25 versehen, die jeweils mit Hinterachsen 43 gekoppelt sind. Genauer gesagt fungiert der Differentialradsatz 21 als ein Mittel, welches das vom Gehäuse 27 aufgenommene Drehmoment auf die Seitenräder 23 und 25 überträgt und dazwischen eine Differentialbewegung ermöglicht. Ungeachtet, dass in 3 ein Kegelradgetriebe dargestellt ist, kann natürlich auch ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder ein beliebiger anderer Typ verwendet werden.
Im dargestellten Beispiel ist ein Kupplungselement 11, das Drehmoment vom Gehäuse 27 übertragen kann, axial beweglich, und das Seitenrad 23 ist beispielsweise mit einer Kupplungsverzahnung versehen, die eine Kopplung mit dem Kupplungselement 11 ermöglicht, wobei die Kombination aus dem Kupplungselement 11 und der Kupplungsverzahnung eine Kupplung 10 bildet. Wenn der Aktuator 1 das Kupplungselement 11 bewegt, um die Kupplung 10 zu verbinden, wird das Seitenzahnrad 23 zeitweise mit dem Gehäuse 27 verbunden, um Drehmoment zu übertragen. Dann ist das andere Seitenzahnrad 25 nicht mehr in der Lage, eine Differenzialbewegung relativ zum Seitenzahnrad 23 auszuführen, und das Differenzial 3 gerät in einen so genannten Differentialsperrzustand, in dem es seine Differentialfunktion verliert. Wenn der Aktuator 1 die Kupplung 10 auskuppelt, verteilt das Differential 3 das vom Gehäuse 27 aufgenommene Drehmoment auf die beiden Achsen 43 in ausgleichender Weise.
Alternativ bezugnehmend auf 4, ist das Gehäuse des Differentials 3 in ein äußeres Gehäuse 27 zur Aufnahme des Drehmoments und ein dazu koaxiales und relativ drehbares inneres Gehäuse 29 unterteilt. In diesem Beispiel ist der Differentialgetriebesatz 21 mit dem inneren Gehäuse 29 gekoppelt, und beispielsweise ein Ende des inneren Gehäuses 29 ist mit Klauenverzahnung versehen, um die Kupplung 10 zu bilden. Wenn der Aktuator 1 die Kupplung 10 schließen lässt, wird das Drehmoment über das äußere Gehäuse 27 auf das innere Gehäuse 29 übertragen und über das den Differentialradsatz 21 auf die beiden Achsen verteilt. Wenn der Aktuator 1 die Kupplung 10 öffnen lässt, erhält der Differentialradsatz 21 kein Drehmoment vom Außengehäuse 27, so dass die beiden Achsen 43 vom Antriebssystem entkoppelt sind.
Den in 2 bis 4 gezeigten Beispielen ist gemeinsam, dass der Aktuator 1 mit einem Hohlwellenmotor 5 versehen ist, der bewirkt, dass ein bewegliches Element 13 eine Drehbewegung R um die Achse X ausführt, und dass ein Umwandlungsmechanismus 7 die Drehbewegung R in eine axiale Linearbewegung umwandelt. Der Umwandlungsmechanismus 7 ist mit einem Druckelement 9 versehen, das eine Steuerfläche 9c aufweist und die Drehbewegung R als eine lineare Bewegung des Druckelements 9 in einer Richtung entlang der Achse X ausgibt. Das Druckelement 9 steht in Kontakt mit oder ist mit dem Kupplungselement 11 gekoppelt, das zumindest in seiner hintersten Position die Kupplung 10 trennt und zumindest in seiner vordersten Position die Kupplung 10 verbindet.
Oder, wie in dem in 5 dargestellten Beispiel, kann der Aktuator 1 so konfiguriert sein, dass er das bewegliche Element 13 direkt in eine lineare Bewegung versetzt. Zum Beispiel, wenn ein Kern 17 eine Magnetspule 15 umschließt, aber auf der dem beweglichen Element 13 gegenüberliegenden Seite einen Spalt belässt, umgeht der magnetische Fluss den Spalt und fließt zum beweglichen Element 13, wodurch das bewegliche Element 13 angetrieben wird. Natürlich kann auch jede andere geeignete Struktur verwendet werden, solange das bewegliche Element 13 linear angetrieben werden kann. Während im vorliegenden Fall, bei dem das Druckelement 9 direkt mit dem beweglichen Element 13 gekoppelt oder mit diesem verbunden ist, kann auch ein beliebiger Mechanismus zwischen dem Druckelement 9 und dem beweglichen Element 13 dazwischen angeordnet werden. Wie bei den oben beschriebenen Vorrichtungen, wird die Kupplung 10 entsprechend der Vor-/Rückbewegung des Druckelements 9 geschlossen oder geöffnet.
In den oben beschriebenen Beispielen wird das System in Kombination mit dem Differential zur Verteilung des Drehmoments auf die Hinterachsen 43 verwendet, kann aber natürlich auch in Kombination mit einem Differential zur Verteilung des Drehmoments auf die Vorderachsen 41 verwendet werden. Alternativ ist das System nicht notwendigerweise auf ein Differential beschränkt, sondern kann in Kombination mit verschiedenen Rotationsvorrichtungen verwendet werden, bei denen wie oben beschrieben Klauenkupplungen zum Einsatz kommen, wie z. B. einem Getriebe 33, einer Übertragungseinheit 35, einer Kupplungsvorrichtung oder ähnlichem. Darüber hinaus kann die Klauenkupplung eine sogenannte Klauenkupplung sein, die beispielsweise mit Klauenzähnen versehen ist, aber auch jeder andere Typ, wie eine Mitnehmerkupplung, oder allgemeiner eine Kupplung, die nicht Reibung, sondern eine beliebige Eingriffsstruktur zur Übertragung von Drehmoment verwendet, kann im Allgemeinen verwendet werden.
In beiden Beispielen ist der Aktuator 1 so konfiguriert, dass die Position des beweglichen Elements 13 dem Ein- und Ausschalten der Kupplung 10 entspricht. Der Aktuator 1 ist im Allgemeinen mit der Magnetspule 15 versehen, die einen magnetischen Fluss erzeugt, dem Kern oder Stator 17 zum Leiten des magnetischen Flusses und dem beweglichen Element 13, das durch den magnetischen Fluss zu einer Dreh- oder Linearbewegung veranlasst wird. Das bewegliche Element 13 ist so angeordnet, dass es den magnetischen Fluss aufnimmt, und es ist antriebsmäßig mit dem Druckelement 9 gekoppelt, so dass es dieses bewegt. In den in den 2 bis 5 gezeigten Beispielen ist die Magnetspule 15 zusammen mit dem Stator 17 im Allgemeinen unbeweglich, und nur das bewegliche Element 13 ist beweglich. Stattdessen kann auch nur der Kern oder der Stator 17 unbeweglich sein, und die Magnetspule 15 zusammen mit dem beweglichen Element 13 beweglich ausgeführt sein.
Wieder bezugnehmend auf 1, ist die Magnetspule 15 über ein Kabel 19 mit einer externen elektrischen Schaltung 51 elektrisch verbunden. Die elektrische Schaltung 51 kann aber auch ganz oder teilweise im Aktuator 1 enthalten sein. Das Fahrzeug ist normalerweise mit einer Vielzahl von programmierbaren elektronischen Steuereinheiten (ECU) zur elektronischen Steuerung verschiedener Fahrzeugteile ausgestattet. Jede Steuereinheit ist mit einer Speichervorrichtung zum Speichern von Befehlen und Daten und einem Mikrocontroller ausgestattet, der diese auslesen kann, um die Befehle auszuführen. Die mehreren Steuereinheiten kommunizieren miteinander oder tauschen Informationen aus, zum Beispiel über ein sogenanntes geregeltes Bereichsnetzwerk (Controlled Area Network, CAN).
Eine von diesen Steuereinheiten 55, ist elektrisch mit der elektrischen Schaltung 51 verbunden, um deren Funktion zu steuern. Die elektrische Schaltung 51 ist außerdem mit einer Stromquelle 53 verbunden und schaltet unter Steuerung durch die Steuereinheit 55 die Stromzufuhr zum Magneten 15 ein und aus. Die elektrische Energie, die dem Magneten 15 zugeführt wird, kann in Form von Gleichstrom, Wechselstrom, pulsierendem Strom oder Impulsen gemäß dem Antriebsprinzip des Aktuators 1 erfolgen.
Die elektrische Schaltung 51 ist mit einem Oszillator ausgestattet, um Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen und diesen dem elektrischen Strom zum Betätigen des Aktuators 1 hinzuzufügen. Der hinzugefügte elektrische Strom kann hinreichend kleiner als der elektrische Strom zum Betätigen gemacht werden, um die Operation des beweglichen Elements 13 nicht zu beeinflussen. Außerdem kann die Frequenz gewählt werden, um die Bewegungen des beweglichen Elements 13 nicht zu beeinträchtigen, sowie mit Blick auf die Vorteile einer Separierung vom elektrischen Strom für die Betätigung.
Bezugnehmend auf 6, da die Magnetspule 15 eine inhärente Induktivität aufweist, würde die Induktivität in der zugeführten Wechselstromenergie eine Phasendifferenz Δθ_ref des elektrischen Stroms l₁ gegenüber der elektrischen Spannung V erzeugen. Wenn sich das bewegliche Element 13 relativ zum Kern oder Stator 17 von einer ersten Position zu einer zweiten Position bewegt, ändert sich die Induktivität der Magnetspule 15 entsprechend der Positionsänderung, und folglich würde sich auch die Phasendifferenz Δθ des elektrischen Stroms I₂ relativ zur elektrischen Spannung V ändern. Auf der anderen Seite, wenn ein geeigneter Bandpassfilter verwendet wird (oder ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter, je nach Gegebenheit), kann der hinzugefügte Wechselstrom einfach von dem elektrischen Strom für den Antrieb getrennt werden, und außerdem ist es leicht möglich, daraus die Phasendifferenz Δθ zu erfassen. Die Position des beweglichen Elements 13 kann durch Erfassen der Änderung der Phasendifferenz Δθ bestimmt werden. In einem Fall, in dem die Kupplung 10 getrennt wird, wenn sich das bewegliche Element 13 in der ersten Position befindet, und die Kupplung 10 verbunden wird, wenn sich das bewegliche Element 13 beispielsweise in der zweiten Position befindet, kann anhand der Änderung der Phasendifferenz Δθ bestimmt werden, in welcher Position sich das bewegliche Element 13 befindet, und es kann festgestellt werden, ob die Kupplung 10 getrennt oder verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform würde sich die Induktivität nur durch eine Ortsveränderung des beweglichen Elements 13 ändern, aber stattdessen oder zusätzlich kann die Vorrichtung so modifiziert werden, dass jedes andere Element durch seine Bewegung eine Änderung der Induktivität bewirkt. Wenn ein magnetisches Element, das sich analog mit dem beweglichen Element 13 bewegt, sich beispielsweise einem anderen magnetischen Element nähert oder von ihm entfernt, kann dies eine Änderung der Induktivität bewirken. Ferner, während in der vorliegenden Ausführungsform die Induktivitätsänderung der Magnetspule 15 für die Bestimmung verwendet wird, kann stattdessen auch eine von der Magnetspule 15 unabhängige elektromagnetische Spule verwendet werden. Solange irgendeine Ortsveränderung des Druckelements 9, des Kupplungsglieds 11 oder eines mit einem von diesen gekoppelten beweglichen Glieds eine Induktivitätsänderung verursacht, kann diese für die Positionsbestimmung verwendet werden. Anstelle der Induktivitätsänderung kann auch die Kapazitätsänderung verwendet werden.
Die Steuereinheit 55, z. B. nach einem in 7 beispielhaft dargestellten Algorithmus, stellt fest, ob die Kupplung 10 getrennt oder verbunden ist.
Die Steuereinheit (ECU) 55 setzt einen geeigneten Referenzwert für die Bestimmung fest (Schritt S1). Als nächstes erfasst die Steuereinheit 55 die Phasen einer Spannung und eines Stroms und berechnet eine Phasendifferenz (Schritt S3). Die Steuereinheit 55 berechnet ferner eine Differenz zwischen der Phasendifferenz und dem Referenzwert (Schritt S5) und bestimmt dann, ob die berechnete Differenz kleiner als Null ist oder nicht (Schritt S7). In einem Fall, in dem die Differenz beispielsweise kleiner als Null ist (insbesondere, wenn die Phasendifferenz kleiner als der Referenzwert ist), stellt sie fest, dass die Kupplung geöffnet/getrennt ist (Schritt S9), während sie in einem Fall, in dem sie nicht kleiner als Null ist (insbesondere, wenn die Phasendifferenz gleich oder größer als der Referenzwert ist), feststellt, dass die Kupplung geschlossen/verbunden ist (Schritt S11). Alternativ kann die ECU so modifiziert werden, dass diese im Fall von weniger als Null „verbunden“ und im Fall von nicht weniger als Null „getrennt“ feststellt.
Die Steuereinheit 55 entscheidet, beispielsweise auf Grundlage einer Anfrage von einer anderen Steuereinheit (ECU), ob die Erkennung fortgesetzt werden soll oder nicht (Schritt S13). Wenn die Erkennung fortgesetzt werden soll, kehrt die Steuereinheit 55 zum Schritt für die Erkennung der Phasen zurück (Schritt S3). Oder der Referenzwert kann erneut eingestellt werden (Schritt S1), da sich die Induktivität je nach Temperaturänderung oder anderen Parametern des Aktors 1 ändern kann. Änderungen des Referenzwerts im Laufe der Zeit können im Voraus im Speicher gespeichert werden, oder es können Ausgleichswerte in Verbindung mit beliebigen Parametern, wie z. B. Temperaturen, als Tabelle im Speicher gespeichert werden, und ein optimaler Referenzwert kann daraus berechnet und in jedem Einzelfall eingestellt werden. In jedem Fall kann durch die Wiederholung dieser Zyklen kontinuierlich festgestellt werden, ob die Kupplung 10 ein- oder ausgekuppelt ist.
Während die vorstehend beschriebene Ermittlung von einer Steuereinheit (ECU) vorgenommen werden kann, die ein Programm gemäß dem vorgenannten Algorithmus ausführt, können auch anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise verwendet werden, die so konzipiert sind, dass sie teilweise oder vollständig gemäß dem vorgenannten Algorithmus operieren. Im letzteren Fall kann die Steuereinheit 55 so konfiguriert sein, dass es über ein CAN-Netzwerk oder einen speziellen Bus mit den integrierten Schaltungen kommuniziert, um berechnete Werte und/oder Ermittlungsergebnisse zu empfangen.
Der Vergleich zwischen der Phasendifferenz und dem Referenzwert kann z.B. mit Hilfe einer in 8 als Blockdiagramm dargestellten Schaltung durchgeführt werden. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, bei dem ein Strom in der an den Magneten angelegten elektrischen Energie in ein Potential V_out umgewandelt, und eine Phase davon mit einer Phase einer an den Magneten angelegten Eingangsspannung V_in verglichen wird. Selbstverständlich kann auch, umgekehrt, die Eingangsspannung in einen Strom umgewandelt und die Phasen der Ströme verglichen werden. Das Potential V_out und die Spannung V_in werden, nachdem sie durch Bandpassfilter (oder Hochpassfilter oder Tiefpassfilter, wie bereits beschrieben) 63V bzw. 63A geleitet wurden, mittels der Komparatoren 65V bzw. 65A mit null Volt verglichen, um in Pulse umgewandelt zu werden. Wie aus den gestrichelten Linien in 6 hervorgeht, ist die Zeitdifferenz Δt äquivalent mit der Phasendifferenz Δθ.
Wieder bezugnehmend auf 8, die von den Komparatoren 65V und 65A gewonnenen Pulse werden in ein Exklusiv-ODER-Gatter (XOR) 67 eingegeben. Da es sich um eine exklusive ODER-Verknüpfung zwischen den Pulsen handelt, hat deren Ausgang (Output) ein zur Phasendifferenz proportionales Tastverhältnis, das bei Eingabe in einen Tastverhältnisdetektor 69 ein zur Phasendifferenz proportionales Potenzial ergibt. Das Potenzial kann direkt ausgelesen, quantifiziert und dann an die ECU 55 ausgegeben werden. Oder das Ausgangspotential kann weiter in einen Komparator 71 eingegeben werden, um mit einem Referenzpotential V_th verglichen zu werden, und der resultierende Ausgang (Output) kann an die ECU 55 ausgegeben werden. Wenn das Referenzpotential V_th entsprechend dem Referenzwert eingegeben wird, kann die Ausgabe des Komparators 71 als Ermittlungswert (JA: 1, NEIN: 0) im Schritt S7 in 7 verwendet werden.
Die obige Beschreibung ist nur ein Beispiel, und es kann jeder Phasendetektor oder jeder Phasenkomparator verwendet werden, der ein Spannungssignal erzeugt, das eine Phasendifferenz zwischen zwei Signaleingängen repräsentiert.
Nach einer der vorgenannten Ausführungsformen können Zustände einer Kupplung von außen nur durch Zugabe eines kleinen elektrischen Wechselstroms zur elektrischen Energie zur Betätigung der Kupplung, ohne zusätzliche Struktur, bestimmt werden. Der hinzugefügte elektrische Strom ist im Vergleich zur elektrischen Betätigungsenergie ausreichend klein und erzeugt als Wechselstrom im Mittel keine Betätigungskraft. Ferner, da für den Wechselstrom eine ausreichend hohe Frequenz verwendet wird, damit das Druckelement nicht folgen kann, kann der hinzugefügte elektrische Strom das Druckelement nicht antreiben und beeinflusst die Wirkung der Kupplung nicht. Da das System außerdem ausreichend stromsparend ist, führt es nicht zu einer Verringerung der Energieeffizienz und einer Überhitzung der zugehörigen Komponenten. Die Ermittlung kann kontinuierlich durchgeführt werden, solange die Stromversorgung aufrechterhalten wird, und kann nicht nur zur Funktionskontrolle der Kupplung, sondern auch zur Feststellung von Fehlfunktionen oder Ausfällen verwendet werden. Natürlich kann die Ermittlung auf einen bestimmten Zeitraum begrenzt werden, um die Energieeffizienz weiter zu verbessern.
Während bestimmte beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben sind, werden Fachleuten Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen in Anbetracht der obigen Lehren einfallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018109874 A1 [0004]
JP 2004208460 [0004]
WO 2018118912 A1 [0004]

Claims

Ein System zur Steuerung einer Kupplung, umfassend: ein Druckelement, das antriebsmäßig mit der Kupplung gekoppelt und axial zwischen einer ersten Position zum Trennen der Kupplung und einer zweiten Position zum Einrücken der Kupplung beweglich ist; eine Magnetspule, die als Reaktion auf das Zuführen elektrischer Energie einen magnetischen Fluss erzeugt; ein bewegliches Element, das so angeordnet ist, dass es den magnetischen Fluss empfängt, und das antriebsmäßig mit dem Druckelement gekoppelt ist, wobei das bewegliche Element durch den magnetischen Fluss in Bewegung gesetzt wird, um das Druckelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen; eine elektrische Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie der elektrischen Energie Wechselstrom hinzufügt und die elektrische Energie zusammen mit dem Wechselstrom an die Magnetspule anlegt; und eine Steuerung, die elektrisch mit der elektrischen Schaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass diese eine Phasendifferenz eines elektrischen Stroms relativ zu einer elektrischen Spannung in dem der elektrischen Energie hinzugefügten Wechselstrom ermittelt und die ermittelte Phasendifferenz mit einem Referenzwert vergleicht, um zu bestimmen, ob sich das Druckelement in der ersten Position oder in der zweiten Position befindet.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrische Schaltung einen Komparator umfasst, der so konfiguriert ist, dass er den elektrischen Strom bzw. die elektrische Spannung in Impulse umwandelt, sowie einen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er ein elektrisches Potenzial erzeugt, das einer Zeitdifferenz zwischen den Impulsen entspricht.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das von dem Detektor erzeugte elektrische Potenzial verwendet, um die Phasendifferenz mit dem Referenzwert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Druckelement in der ersten oder in der zweiten Position befindet.
System nach Anspruch 1 ferner umfassend: einen Umwandlungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er eine Rotationsbewegung in eine axial lineare Bewegung umwandelt, wobei der Umwandlungsmechanismus zwischen dem beweglichen Element und dem Druckelement angeordnet ist, um die lineare Bewegung auf das Kupplungselement zu übertragen, wobei das bewegliche Element so angeordnet ist, dass es eine Achse mit der Kupplung teilt, die mit dem Umwandlungsmechanismus gekoppelt ist, und durch den Magnetfluss in die Drehbewegung um die Achse versetzt wird.