WO2018082949A1 - Device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator, clutch device, and motor vehicle drive train - Google Patents

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

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Martin Ruider
Michael Pantke
Thomas Speh
Thomas Schwegler
Lothar Kiltz
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Definitions

  • 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.
  • the object of the present invention is to improve the state of the art.
  • a device for operating an electromagnetic actuator and for determining an operating state of the actuator 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.
  • the device On the basis of the activation signal, the device is designed to supply the actuator with an electric current, also referred to below as "actuator current."
  • a characteristic time profile of the actuator current is formed in accordance with the time profile of the activation signal, in which the operating state of the actuator is inherently contained because it essentially determines the speed with which the actuator current builds up and degrades again, as well as the maximum and average height of the actuator current.
  • the electromagnetic actuator is in particular an electromagnetic linear actuator.
  • the electromagnetic actuator can in particular via 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.
  • the actuator position corresponds to a position of the armature within the actuator or a positioning position which the actuator occupies externally.
  • an actuator temperature and / or an actuator position of the actuator can be determined. These form accordingly the sought operating state of the actuator.
  • 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.
  • the two-position controller is preferably an analog two-position controller.
  • this may be a discrete, ie hardware, two-position controller.
  • the analog two-point controller can also be designed as a software module, for example a control device or another microcontroller.
  • the two-position controller an upper current limit and a lower
  • the current limits can be predetermined for example by a microcontroller the two-step controller.
  • 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 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 controls 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.
  • 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.
  • 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 thus close the operating state of the actuator from the frequency or period and the duty cycle or the duty cycle of the drive signal.
  • the determination means has, for example, a so-called capture input with which it picks up the drive signal from the two-position controller.
  • 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 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.
  • the actuator temperature determined by the determining means (11 C) can be used to change the electric power supplied to the actuator.
  • the electric power supplied to the actuator can be selectively reduced.
  • the determining means can 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.
  • the determining means is also designed to include a current supply voltage of the actuator in the determination of the operating state.
  • the supply voltage is essentially constant. Then changes in the supply voltage need not be taken into account when determining the operating state. In some cases, however, the supply voltage may fluctuate. Then it is advantageous to consider these in the determination of the operating state.
  • the determination means preferably has at least one look-up table, a map or another function and is accordingly designed to determine drive state from the drive signal.
  • 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.
  • 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.
  • the dependence of the current build-up dynamics of the actuator on the operating condition can be optimized with respect to the operating state monitoring.
  • a good electrically conductive material such as aluminum or copper
  • the proposed procedure / device basically evaluates position-dependent eddy current effects within the actuator.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the hardware logic can be implemented in software with fast sampling rate (FPGA, DSP, fast ⁇ ).
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 4 shows another map.
  • the actuator 1 serves to move a coupling means 7 in a coupling device 2.
  • the actuator 1 has, for example, a single magnetic coil 3 and a linearly movable armature 4.
  • the actuator 1 is thus a linear actuator.
  • the mobility of the armature 4 is illustrated by the double arrow.
  • a magnetic force acting against the magnetic force can be applied, for example, by a spring means.
  • the position of the armature 4 in the actuator 1 then results.
  • a vortex flow ring 5 This consists of an electrically conductive material, for example of a copper or aluminum material.
  • the coil 3 is arranged stationarily in a housing 6.
  • the armature 4 is guided in the housing 6 at least linearly movable.
  • the armature 4 acts on the coupling means 7, which is exemplified here as a coupling sleeve. At least the linear movement of the armature 4 is thus transmitted to the coupling means 7.
  • the coupling means 7 is thus moved linearly with the armature 4.
  • the coupling means 7 is designed to connect two components 8, 9 optional mechanical and separate.
  • the components 8, 9 are exemplary here waves, which are rotatable relative to each other in the separated state and are rotatable only in the coupled state together. For this purpose, they are rotatably mounted in the housing 6 by corresponding bearing means 10, for example rolling bearings.
  • An axis of rotation of the components 8, 9 is marked with the reference symbol L.
  • the coupling device 2 shown in Fig. 1 is preferably used in a motor vehicle drive train, such as a motor vehicle transmission, for the optional mechanical connection and separation of two waves.
  • the housing 6 may then be, for example, a transmission housing.
  • extra sensors can be used.
  • external sensors can be used to determine the actuator temperature.
  • FIG. 2 shows a system for operating an electromagnetic actuator 1, in particular that of FIG. 1.
  • the system has a microcontroller 1 1.
  • an analog two-point controller 12 is provided, as well as a bridge driver 13.
  • a bridge circuit 14 is provided. This serves for electrical energization of the actuator.
  • the actuator 1 is shown in Fig. 2 as electrical equivalent circuit diagram, consisting of a network of resistors and inductances, shown.
  • the elements 1 1, 12, 13, 14 of the system have corresponding inputs and outputs, which are each shown in FIG. 2 and designated.
  • the microcontroller 1 1 has two modules 1 1 A, 1 1 B, for example. These can be designed, for example, as software modules or hardware modules. Module 1 1 A contains in this case a superimposed control logic.
  • Module 1 1 A thus contains, for example, control functions, such as, in particular, a functional software.
  • Module 1 1 B contains a desired current determination, which has a current regulator, an actual current processing and a determination means 1 1 C for determining the operating state of the actuator.
  • module 1 1 B contains, for example, basic functions, such as in particular a basic software.
  • the electrical current underlying the desired current determination, the current controller and the actual current conditioning forms the actuator current, that is, the electric current supplied to the actuator 1 by the bridge circuit 14.
  • the setpoint current determination with current controller a required electric current for the actuator 1 (setpoint current, setpoint actuator current) is determined.
  • a current to the actuator 1 supplied electric current is processed for processing in the microcontroller 1 1 and the target current determination with current controller and the determining means 1 1 C provided.
  • the setpoint current determination with current controller transmits corresponding control signals, referred to in FIG. 2 as "PWM Out 1", "PWM Out 2", to the analog two-position controller 12.
  • the two-position controller consists of a comparator circuit 12A and an RS flip-flop 12B.
  • the two-position controller 12 is constructed here as a discrete hardware circuit. Alternatively, assuming a sufficiently fast sampling rate, it can also be designed as a software module, in particular of the microcontroller 1 1.
  • the two-step controller 12 allows the actuator current with the help of the comparator 12A and the RS flip-flop 12B between defined current limits toggle, so fluctuate. These current limits, in detail a lower and an upper current limit, are specified by the microcontroller 11.
  • the signal for the supply and Entstromung of the actuator is output as control signals H1, H2 from the two-point controller 12 to the bridge driver 13.
  • the bridge driver 13 operates the bridge circuit 14.
  • the actuator 1 is electrically energized in accordance with the drive signals H1, H2.
  • the bridge circuit is formed by way of example as an H-bridge circuit. Accordingly, the bridge driver 13 has a driver per bridge branch. These drivers are designated as "H1 drivers” and “H2 drivers” in FIG.
  • the current actuator current is supplied to the two-position controller 12, in detail to the comparator circuit 12A, so that the actuator current, as described above, is kept between the predetermined current limits.
  • 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.
  • a predetermined current band results in a characteristic dynamics of current and current reduction.
  • Fig. 2 such current and current degeneration is exemplified within the block of the comparator circuit 12A.
  • 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 also due to the special control characteristic of the two-level controller 12 in its drive signals H1, H2 again. So you can choose from the frequency and Duty cycle of the drive signals H1, H2 are extracted.
  • the microcontroller 1 1 is therefore supplied with at least one of the drive signals H1, H2 via a capture input. In Fig. 2, this is the drive signal H1.
  • the capture input is designated as "PWM-In 1" in FIG. 2.
  • the tap for the drive signal H1 is located, for example, at the respective output of the RS flip-flop 12B or the two-point controller 12 (in FIG upper output).
  • the drive signal H1 is fed to the detection means 1 1 C via the capture input of the microcontroller 1 1.
  • the currently applied supply voltage is supplied to the determination means 1 1 C via a further input of the microcontroller 1 1 (referred to as "ADC-In 2" in FIG. 2)
  • the determination means 1 1 C also receives from the actual current conditioning of the Module 1 1 B is the current supplied to the actuator (actual actuator current).
  • the determining means 1 1 C one or more maps on. It is designed to determine the operating state of the actuator so.
  • FIG. 3 and FIG. 4 Examples of such maps are shown in FIG. 3 and FIG. 4 as an example. These may have been determined empirically in advance, for example.
  • the determination means 1 1 C can determine the actuator position ("position, mm") on the basis of the actuator current ("current, A”) and the frequency of the drive signal H 1 ("frequency, Hz") Each value pair of current and frequency can be assigned exactly one actuator position.
  • 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.
  • optional filters 15 may be provided in addition to the explicitly described or named components.
  • the elements 16 each represent an optional signal conditioning for the two-position controller 12.
  • Coupling device coupling sleeve component, shaft

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Abstract

The invention relates to a device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator (1). The device has a two-position controller (12) for operating the actuator (1) and a determining means (11C). The determining means (11C) is designed to determine a course over time of the actuation signal (H1) output by the two-position controller (12) and to establish the operating state therefrom. The invention also relates to a clutch device (2) having a device of this type and to a motor vehicle drive train having a clutch device (2) of this type.

Description

Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands eines elektromagnetischen Aktors sowie Kupplungsvorrichtung und Kraftfahrzeugantriebsstrang  Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train
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. The concept of an inherent position detection proposed in DE 102005018012 A1 is 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. On the basis of the activation signal, the device is designed to supply the actuator with an electric current, also referred to below as "actuator current." A characteristic time profile of the actuator current is formed in accordance with the time profile of the activation signal, in which the operating state of the actuator is inherently contained because it essentially determines the speed with which the actuator current builds up and degrades again, as well as 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 can in particular via 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 Mik- rocontrollers, 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 Preferably, the two-position controller, an upper current limit and a lower
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. Current limit specified with which he 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-step 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 An- steuerungssignals 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 it falls below the lower limit then the Activation of the actuator started (= power 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 controls 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 Ansteuersignais 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 thus 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 determination 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 (1 1 C) 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 determining means (11 C) can be used to change the electric 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 Ansteue- rungssignals 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 can 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 einzubezie- hen. 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 need not be taken into account when determining the operating state. 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 Be- triebszustand 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 determination means preferably has at least one look-up table, a map or another function and is accordingly designed to determine drive 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 Betriebszu- standsüberwachung 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 condition can be optimized with respect to the operating state monitoring. 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. 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 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. 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: The proposed device may, in addition to those already mentioned have the following modifications or advantages:
• Die Hardware-Logik (analoger Zweipunktregler) kann bei schneller Abtastrate in Software realisiert werden (FPGA, DSP, schneller μθ).  • The hardware logic (analogue two-point controller) can be implemented in software with fast sampling rate (FPGA, DSP, fast μθ).
• 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.  • 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.
• 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. • 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).
• Durch die Verwendung des analogen Zweipunktreglers ist auch gleichzeitig eine Überstromabschaltung impliziert. • Using the analog two-point controller also implies an overcurrent shutdown.
• 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. • 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.
• Die ermittelten Betriebszustände des Aktors können mit erwarteten Betriebs- zuständen 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). • 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).
• Die ermittelte Aktortemperatur kann dazu genutzt werden, den Aktor vor Auftreten einer Überhitzung abzuschalten.  • The determined actuator temperature can be used to switch off the actuator before overheating occurs.
• 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 De- rating-Funktion). 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: • Before overheating is reached, the electrical power supplied to the actuator can be successively reduced, thus allowing further operation with reduced power in order to prevent overheating (so-called de- rating function). 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 can be removed. In each case show in a schematic representation:
Fig. 1 ein elektromagnetischer Aktor mit einer Kupplungsvorrichtung, 1 shows an electromagnetic actuator with a coupling device,
Fig. 2 ein System zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, 2 shows a system for operating an electromagnetic actuator,
Fig. 3 ein Kennfeld zur Bestimmung einer Aktorposition, 3 shows a characteristic diagram for determining an actuator position,
Fig. 4 ein weiteres Kennfeld. Fig. 4 shows another map.
Der elektromagnetische Aktor 1 gemäß Fig. 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 . 1 serves to move a coupling means 7 in a coupling device 2. The actuator 1 has, for example, a single magnetic coil 3 and a linearly movable armature 4. The actuator 1 is thus a linear actuator. The mobility of the armature 4 is illustrated by the double arrow. By electrical energization of the coil 3, a magnetic force can be exerted on the armature 4, which urges the armature 4 in the direction of the coil 3. A restoring force acting against the magnetic force can be applied, for example, by a spring means. Depending on the magnitude of the magnetic force and the restoring force, the position of the armature 4 in the actuator 1 then results.
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 armature 4 may optionally be arranged a vortex flow ring 5. 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. 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 coil 3 is arranged stationarily in a housing 6. The armature 4 is guided in the housing 6 at least linearly movable. The armature 4 acts on the coupling means 7, which is exemplified here as a coupling sleeve. At least the linear movement of the armature 4 is thus transmitted to the coupling means 7. The coupling means 7 is thus moved linearly with the armature 4. There may be provided a rotational decoupling between armature 4 and coupling means 7, which prevents a rotation of the coupling means 7 is transmitted to the armature 4. The coupling means 7 is designed to connect two components 8, 9 optional mechanical and separate. In a first position of the coupling means 7, the components 8, 9 are therefore mechanically coupled to each other and in a second position of the coupling means 7, the components 8, 9 are therefore mechanically separated from each other. The components 8, 9 are exemplary here waves, which are rotatable relative to each other in the separated state and are rotatable only in the coupled state together. For this purpose, they are rotatably mounted in the housing 6 by corresponding bearing means 10, for example rolling bearings. An axis of rotation of the components 8, 9 is marked with the reference symbol L.
Die in Fig. 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. The coupling device 2 shown in Fig. 1 is preferably used in a motor vehicle drive train, such as a motor vehicle transmission, for the optional mechanical connection and separation of two waves. The housing 6 may then be, for example, a transmission housing.
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 armature 4 in the actuator 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 applied, 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 to be able to determine the operating state of the actuator 1, in particular its actuator position and its actuator temperature using existing means.
Fig. 2 zeigt ein System zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors 1 , wie insbesondere desjenigen aus Fig. 1 . Das System verfügt über einen MikroController 1 1 . 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 Fig. 2 als elektrotechnisches Ersatzschaltbild, bestehend aus einem Netzwerk ohmscher Widerstände und Induktivitäten, dargestellt. Die Elemente 1 1 , 12, 13, 14 des Systems verfügen über entsprechende Ein- und Ausgänge, die jeweils in Fig. 2 dargestellt und bezeichnet sind. Der MikroController 1 1 weist beispielhaft zwei Module 1 1 A, 1 1 B auf. Diese können beispielsweise als Softwaremodule oder Hardwaremodule ausgebildet sein. Modul 1 1 A enthält vorliegend eine überlagerte Ansteuerungslogik. Modul 1 1 A enthält also beispielsweise Ansteuerungsfunktionen, wie insbesondere eine Funktionssoftware. Modul 1 1 B enthält eine Sollstrombestimmung, die über einen Stromregler verfügt, eine Iststromaufbereitung sowie ein Ermittlungsmittel 1 1 C zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors 1 . Modul 1 1 B enthält also beispielsweise Basisfunktionen, wie insbesondere eine Basissoftware. FIG. 2 shows a system for operating an electromagnetic actuator 1, in particular that of FIG. 1. The system has a microcontroller 1 1. In addition, an analog two-point controller 12 is provided, as well as a bridge driver 13. Furthermore, a bridge circuit 14 is provided. This serves for electrical energization of the actuator. 1 The actuator 1 is shown in Fig. 2 as electrical equivalent circuit diagram, consisting of a network of resistors and inductances, shown. The elements 1 1, 12, 13, 14 of the system have corresponding inputs and outputs, which are each shown in FIG. 2 and designated. The microcontroller 1 1 has two modules 1 1 A, 1 1 B, for example. These can be designed, for example, as software modules or hardware modules. Module 1 1 A contains in this case a superimposed control logic. Module 1 1 A thus contains, for example, control functions, such as, in particular, a functional software. Module 1 1 B contains a desired current determination, which has a current regulator, an actual current processing and a determination means 1 1 C for determining the operating state of the actuator. 1 So module 1 1 B contains, for example, 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 1 1 aufbereitet und der Sollstrombestimmung mit Stromregler sowie dem Ermittlungsmittel 1 1 C zur Verfügung gestellt. The electrical current underlying the desired current determination, the current controller and the actual current conditioning forms the actuator current, that is, the electric current supplied to the actuator 1 by the bridge circuit 14. By means of the setpoint current determination with current controller, a required electric current for the actuator 1 (setpoint current, setpoint actuator current) is determined. By means of the Iststromaufbereitung a current to the actuator 1 supplied electric current (actual current, actual actuator current) is processed for processing in the microcontroller 1 1 and the target current determination with current controller and the determining means 1 1 C provided.
Die Sollstrombestimmung mit Stromregler übergibt entsprechende Ansteuerungssig- nale, in Fig. 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 1 1 , ausgebildet sein. The setpoint current determination with current controller transmits corresponding control signals, referred to in FIG. 2 as "PWM Out 1", "PWM Out 2", to the analog two-position controller 12. The two-position controller consists of a comparator circuit 12A and an RS flip-flop 12B. The two-position controller 12 is constructed here as a discrete hardware circuit. Alternatively, assuming a sufficiently fast sampling rate, it can also be designed as a software module, in particular of the microcontroller 1 1.
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 1 1 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-step controller 12 allows the actuator current with the help of the comparator 12A and the RS flip-flop 12B between defined current limits toggle, so fluctuate. These current limits, in detail a lower and an upper current limit, are specified by the microcontroller 11. In the two-position controller 12, the current actuator current (actual actuator current) is compared with the predetermined current limits. For this purpose, the current actuator current is supplied to the two-position controller 12. If the upper limit is exceeded, the current is withdrawn from the actuator (= power off), at one If the lower limit is undershot, the actuator is energized (= current on). The signal for the supply and Entstromung of the actuator is output as control signals H1, H2 from the two-point controller 12 to the bridge driver 13. 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 entströmt (= 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 Fig. 2 als„H1 -Treiber" und„H2-Treiber" bezeichnet. The bridge driver 13 operates the bridge circuit 14. By means of this, the actuator 1 is electrically energized in accordance with the drive signals H1, H2. In this case, the actuator 1 can be energized temporarily by pulsed application of a supply voltage (= current on) and temporarily discharged (= current off). In the present case, the bridge circuit is formed by way of example as an H-bridge circuit. Accordingly, the bridge driver 13 has a driver per bridge branch. These drivers are designated as "H1 drivers" and "H2 drivers" in FIG.
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 Fig. 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, means are also provided by which the currently applied actuator current (actual actuator current) as well as the currently applied supply voltage of the actuator 1 can be measured or otherwise determined. In Fig. 2, these means are referred to as "current measurement" and "measurement voltage". Among other things, the current actuator current is supplied to the two-position controller 12, in detail to the comparator circuit 12A, so that the actuator current, as described above, is kept 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 Fig. 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 Fig. 2, such current and current degeneration is exemplified within the block of the comparator circuit 12A.
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 Mikrocontrol- ler 1 1 wird daher zumindest eines der Ansteuersignale H1 , H2 über einen Capture- Eingang zugeführt. In Fig. 2 ist dies das Ansteuerungssignal H1 . Der Capture- Eingang ist in Fig. 2 als„PWM-In 1 " bezeichnet. Der Abgriff für das Ansteuersig- nal H1 befindet sich beispielhaft an dem jeweiligen Ausgang des RS-Flipflops 12B bzw. des Zweipunktreglers 12 (in Fig. 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 also due to the special control characteristic of the two-level controller 12 in its drive signals H1, H2 again. So you can choose from the frequency and Duty cycle of the drive signals H1, H2 are extracted. The microcontroller 1 1 is therefore supplied with at least one of the drive signals H1, H2 via a capture input. In Fig. 2, this is the drive signal H1. The capture input is designated as "PWM-In 1" in FIG. 2. The tap for the drive signal H1 is located, for example, at the respective output of the RS flip-flop 12B or the two-point controller 12 (in FIG upper output).
Das Ansteuersignal H1 wird über den Capture-Eingang des MikroControllers 1 1 dem Ermittlungsmittel 1 1 C zugeführt. Außerdem wird dem Ermittlungsmittel 1 1 C über einen weiteren Eingang des MikroControllers 1 1 (in Fig. 2 als„ADC-In 2" bezeichnet) die aktuell anliegende Versorgungsspannung zugeführt. Wie oben erläutert, erhält das Ermittlungsmittel 1 1 C außerdem von der Iststromaufbereitung des Moduls 1 1 B den aktuell dem Aktor zugeführten elektrischen Strom (Ist-Aktorstrom). The drive signal H1 is fed to the detection means 1 1 C via the capture input of the microcontroller 1 1. In addition, the currently applied supply voltage is supplied to the determination means 1 1 C via a further input of the microcontroller 1 1 (referred to as "ADC-In 2" in FIG. 2) As explained above, the determination means 1 1 C also receives from the actual current conditioning of the Module 1 1 B is the current supplied to the actuator (actual actuator current).
Zur Ermittlung des Betriebszustands anhand der eingehenden Informationen / Signale weist das Ermittlungsmittel 1 1 C ein oder mehrere Kennfelder auf. Es ist dazu ausgebildet, den Betriebszustands des Aktors damit zu ermitteln. To determine the operating state based on the incoming information / signals, the determining means 1 1 C one or more maps on. It is designed to determine the operating state of the actuator so.
Beispiele für solche Kennfelder sind Fig. 3 und Fig. 4 beispielhaft entnehmbar. Diese können beispielsweise vorab empirisch ermittelt worden sein. Examples of such maps are shown in FIG. 3 and FIG. 4 as an example. These may have been determined empirically in advance, for example.
Fig. 3 zeigt ein Kennfeld, mittels dessen das Ermittlungsmittel 1 1 C 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 characteristic diagram by means of which the determination means 1 1 C can determine the actuator position ("position, mm") on the basis of the actuator current ("current, A") and the frequency of the drive signal H 1 ("frequency, Hz") Each value pair of current and frequency can be assigned exactly one actuator position.
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. Fig. 4 zeigt mehrere Kennfelder für unterschiedliche Versorgungsspannungen (zwischen 36V und 56V), mittels denen das Ermittlungsmittel 1 1 C anhand des Aktorstroms („Strom, A") und der Einschaltdauer des Ansteuersignais 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 Fig. 2 bildet dasjenige für die Versorgungsspannung im Bereich von 36V und das unterste Kennfeld in Fig. 2 bildet dasjenige für die Versorgungsspannung im Bereich von 56V. 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 shows several maps for different supply voltages (between 36V and 56V), by means of which the determining means 1 1 C based on the actuator current ("current, A") and the duty cycle of the drive signal H1 ("DutyCyle,%") the actuator position (" With a supply voltage of between 36V and 56V, exactly one actuator position can be uniquely assigned to each value pair of current and duty cycle The uppermost characteristic field in FIG. 2 forms that for the supply voltage in the range of 36V and the lowest characteristic field in Fig. 2, that for the supply voltage is 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 Fig. 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 FIG. 2, optional filters 15 may be provided in addition to the explicitly described or named components. The elements 16 each represent an optional signal conditioning for the two-position controller 12.
Bezugszeichen reference numeral
1 Elektromagnetischer Aktor 1 electromagnetic actuator
Kupplungsvorrichtung Magnetspule  Coupling device Magnetic coil
Anker  anchor
Wirbelstromring  Eddy-current ring
Gehäuse  casing
Kupplungsmittel, Kupplungsmuffe Bauteil, Welle  Coupling device, coupling sleeve component, shaft
Bauteil, Welle  Component, shaft
10 Lagermittel  10 storage products
1 1 MikroController  1 1 microcontroller
1 1A. 1 1 B Modul 1 1A. 1 1 B module
1 1 C Ermittlungsmittel  1 1 C investigative agent
12 Analoger Zweipunkteregler  12 Analog two-point controller
12A Komparatorschaltung 12A comparator circuit
12B RS-Flipflop  12B RS flip-flop
13 Brückentreiber  13 bridge drivers
14 Brückenschaltung  14 bridge circuit
15 Filter  15 filters
16 Signalaufbereitung  16 signal conditioning
H1 , H2 Ansteuerungssignal H1, H2 drive signal
L Rotationsachse  L rotation axis

Claims

Patentansprüche claims
1 . 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 (1 1 C), das ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf des von den Zweipunktregler (12) ausgegebenen Ansteuerungssignals (H1 ) zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. 1 . 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 (1 1 C) ), which is designed to determine a time profile of the control signal (H1) output by the two-point controller (12) and to determine therefrom the operating state.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Zweipunktregler (12) ein analoger Zweipunktregler ist. 2. Apparatus according to claim 1, wherein the two-position controller (12) is an analog two-point controller.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Zweipunktregler (12) diskret in Hardware aufgebaut ist. 3. Apparatus according to claim 2, wherein the two-position controller (12) is constructed discretely in hardware.
4. 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. 4. Device according to one of the preceding claims, wherein the two-position controller (12) an upper current limit and a lower current limit are predetermined, by which he limits the the actuator (1) supplied electric current.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (1 1 C) ausgebildet ist, einen von Einschaltdauer und Tastgrad des Ansteuerungssignals (H1 ) zu ermitteln und aus dem einen von Einschaltdauer und Tastgrad eine Aktortemperatur zu bestimmen. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (1 1 C) is adapted to determine one of the duty cycle and duty cycle of the drive signal (H1) and to determine from the one of the duty cycle and duty cycle an actuator temperature.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (1 1 C) 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. 6. Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (1 1 C) is adapted to determine one of frequency and period of the drive signal (H1) and to determine the actuator (1) supplied electric current and from one of the frequency and period duration and from the current to determine an actuator position (1).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (1 1 C) dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung des Aktors (1 ) bei der Bestimmung des Betriebszustands einzubeziehen. 7. Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (1 1 C) is adapted to include a supply voltage of the actuator (1) in the determination of the operating state.
8. Vornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (1 1 C) 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. 8. Vornchtung according to one of the preceding claims, wherein the determining means (1 1 C) has a lookup table or a map or other mathematical function and is adapted to the operating state of the actuator (1) hereby and with the drive signal (H1) to investigate.
9. 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. 9. 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 a Operating state of the actuator (1) according to one of the preceding claims.
10. Kraftfahrzeugantriebsstrang, gekennzeichnet durch eine Kupplungsvorrichtung (2) nach Anspruch 9. 10. Motor vehicle drive train, characterized by a coupling device (2) according to claim 9.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11022218B2 (en) 2018-03-02 2021-06-01 Zf Friedrichshafen Ag Parking interlock in a vehicular transmission
US11261967B2 (en) 2019-12-05 2022-03-01 Zf Friedrichshafen Ag Device for locking a piston rod of a piston of an actuator which is pressurizable in order to disengage a parking lock and is spring-loaded in order to engage the parking lock
US11746902B2 (en) 2019-04-17 2023-09-05 Zf Friedrichshafen Ag Device for actuating a parking lock means of an automatic transmission and method for operating such a device
US11767914B2 (en) 2019-12-05 2023-09-26 Zf Friedrichshafen Ag Device for locking a piston rod of a piston of an actuator which is pressurizable in order to disengage a parking lock and is spring-loaded in order to engage the parking lock

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019217495A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-20 Zf Friedrichshafen Ag Parking lock system, vehicle with a parking lock system, and methods for operating a parking lock system
DE102019218966A1 (en) * 2019-12-05 2021-06-10 Zf Friedrichshafen Ag Device with an actuator
DE102019135209A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-24 Fte Automotive Gmbh Method for determining the position of an armature within a solenoid as well as a solenoid actuator
DE102020216233A1 (en) 2020-12-18 2022-06-23 Zf Friedrichshafen Ag Analog comparator circuit for in-vehicle communication interfaces

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139243A1 (en) * 2001-08-09 2003-03-06 Kendrion Binder Magnete Gmbh Monitoring electromagnetically operated actuator for clutch or brake involves evaluating control parameters from first and second coils control units for fault detection
DE102005018012A1 (en) 2005-04-18 2006-10-19 Zf Friedrichshafen Ag Sensorless position detection in an electromagnetic actuator
DE102007034768B3 (en) 2007-07-25 2009-01-02 Ebe Elektro-Bau-Elemente Gmbh Electric lifting magnet for locking and releasing door of vehicle, has controller comparing switching frequency of two-point regulator and/or switch with target lifting signal and regulating target value signal for exciting current

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10139243A1 (en) * 2001-08-09 2003-03-06 Kendrion Binder Magnete Gmbh Monitoring electromagnetically operated actuator for clutch or brake involves evaluating control parameters from first and second coils control units for fault detection
DE102005018012A1 (en) 2005-04-18 2006-10-19 Zf Friedrichshafen Ag Sensorless position detection in an electromagnetic actuator
DE102007034768B3 (en) 2007-07-25 2009-01-02 Ebe Elektro-Bau-Elemente Gmbh Electric lifting magnet for locking and releasing door of vehicle, has controller comparing switching frequency of two-point regulator and/or switch with target lifting signal and regulating target value signal for exciting current

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11022218B2 (en) 2018-03-02 2021-06-01 Zf Friedrichshafen Ag Parking interlock in a vehicular transmission
US11746902B2 (en) 2019-04-17 2023-09-05 Zf Friedrichshafen Ag Device for actuating a parking lock means of an automatic transmission and method for operating such a device
US11261967B2 (en) 2019-12-05 2022-03-01 Zf Friedrichshafen Ag Device for locking a piston rod of a piston of an actuator which is pressurizable in order to disengage a parking lock and is spring-loaded in order to engage the parking lock
US11767914B2 (en) 2019-12-05 2023-09-26 Zf Friedrichshafen Ag Device for locking a piston rod of a piston of an actuator which is pressurizable in order to disengage a parking lock and is spring-loaded in order to engage the parking lock

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