CN111819784A - 用于降低离合器接合速度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括安全模块(3)和安全控制模块(4)的安全装置，以及一种在用于离合器控制致动器的电机(2)发生故障(用于电机的电源中断)时降低不期望的离合器接合速度的方法，以使驾驶员在这种情况下有更多时间做出反应。

Description

用于降低离合器接合速度的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种安全装置和方法，以在用于离合器控制致动器的电机发生故障(用于电机的供电中断)时，降低不希望的离合器接合的速度。
背景技术
在自动变速器的情况下，通常应用自动传动系离合器控制。传动系离合器通常使用多个弹簧以将摩擦片夹紧到发动机飞轮上。弹簧布置在用螺栓固定到飞轮的压力板组件内。控制压板弹簧机构的机械联接结构通常由电子控制的致动器来致动。致动器的工作介质通常是流体，其为致动提供足够的动力。为了消除对致动器的工作缸的流体质量控制的不确定性和不精确性，还通过电机来控制致动器。在这种情况下，电机驱动一机构，该机构能够将电机的旋转运动转换为在分离轴承上断开或闭合离合器所必需的轴向运动。
用于离合器的致动器的意外运动会导致车辆传动系中所传递的扭矩的意外快速变化。快速的扭矩变化会导致车速快速变化，并且需要驾驶员做出快速反应，以避免在驾驶过程中发生危险情况。在致动器失效或致动器供应线路失效的情况下，可能会出现意外的离合器运动。这种典型错误是致动器的电子供应的故障。
自动离合器操作装置尤其在商用车市场上应用广泛，用户需要精确并快速地控制传动离合器，但要尽可能降低成本。为满足平稳快速控制的性能要求以及车辆动力系的电气化趋势使得施加纯电力来控制车辆变速器的离合器。自动离合器操作装置的性能基本上取决于内置功率(容量)、移动质量、机构效率、控制质量以及可用的能量/功率。
如果实际上脱开的离合器意外地快速接合，则可能发生最危险的驾驶情况之一。在这种情况下，车辆可能会突然快移(加速)。为了避免事故，需要快速准确的驾驶员反应。如果施加纯电动致动器，则供电的中断会导致这种情况。不仅在离合器运动期间，而且在保持其脱开期间，电机都必须被供电和受控制。在电机不再被供电以保持离合器弹簧的力的故障中，弹簧力将使离合器快速闭合。例如，在HDV(重型车辆)中，离合器的接合时间可以小于50-100ms，但是在这种情况下，驾驶员能够控制车辆运动的可接受的接合时间在几秒钟(2-5秒)的范围内。
在不使用外部电力的情况下，将电机机械地锁定在脱开位置以抵抗离合器弹簧而保持所需位置很难在低成本下实现，因为需要附加的机械和控制构件。在大多数情况下，需要缓慢且受控地离合器接合，从而驾驶员可以对意外的扭矩变化做出反应，并且即使动力传动系出现主动失效，车辆也至少可以部分地驾驶。因此，驾驶员可设法避免危险情况，并驾驶到下一个维修站来修理车辆。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种安全装置，当电机发生故障并且电机缺乏使离合器保持在脱开位置(以主动拖曳离合器弹簧)的供电时，能够减慢离合器的接合速度，而无需任何附加机械构件。
通过根据权利要求1的安全装置和根据权利要求18的方法解决了上述问题。在相应的从属权利要求中公开了本发明的其他进一步的有利发展。
根据本发明，提供了一种永磁同步电机(PMSM)来驱动自动传动系中的离合器致动器。PMSM具有带永磁体的转子和带作为相的至少三个线圈的定子。可选地，电机中的线圈分别与电阻器连接。
在离合器致动器的正常运行期间，当离合器脱开时，电机由电机驱动器驱动，以主动保持(拖曳)离合器弹簧，从而将离合器保持在脱开状态(电机的转子沿给定方向旋转)。当发生故障时，电机突然失去供电，且转子停止。同时，来自离合器弹簧的回弹力拖曳电机的转子，使其沿上述方向的反方向旋转。此时，通过线圈中的感应磁通而感应出磁场，从而导致转子反向旋转加速和离合器弹簧快速释放。根据本发明，提供了一种使电机的线圈短路的方法，以释放在线圈中感应的磁通，从而消除磁场，以便阻止转子反向旋转的加速，并使离合器弹簧的释放减慢。
提供了根据本发明的安全装置来控制电机，该安全装置包括安全模块和安全控制模块。安全模块包括分别用于电机的线圈中的每个的开关。安全控制模块配置成能向安全模块提供输出信号，从而在电机的正常运行期间主动保持开关断开，以及向安全模块提供输出信号，从而当检测到电机故障时闭合开关，以使线圈短路，且使得与通常断电情况相比，离合器弹簧从电机的释放更慢。此外，安全装置设有能量储存装置(例如电容器)，以在正常运行期间被电源充电，并且所述能量储存装置配置成：能在电机发生故障时，为安全控制模块供电，以便将向安全模块发送输出信号，以闭合开关。
例如，安全装置配置成使得当电机发生故障时，线圈与接地部连接以被短路。
安全装置的制动作用取决于电机中的线圈的电阻。在本发明的一个有利实施例中，安全装置可以配置成使得可以通过调节线圈的绕组或调节可选地连接的电阻器的电阻来调节电机中的线圈的电阻。
此外，安全装置的制动作用还取决于安全模块中的开关的电阻。在本发明的一个有利实施例中，安全模块中的开关可以配置成使得它们的电阻可以被调节。
安全模块中的开关可以是任何类型的电子开关，例如FET(场效应晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)开关。
在本发明的一个优选实施例中，安全控制模块配置成能与故障控制装置连接，以便接收输入信号，以检测电机是否发生了故障。
在本发明的另一改进的实施例中，安全装置中的能量储存装置设有齐纳二极管，该齐纳二极管配置成用于设置能量储存装置中充电的最大电压(U制动)。U制动的水平是影响电机制动作用的持续时间的一个因素。
在本发明的另一改进的实施例中，安全控制模块中的能量储存装置配置成：使得其能量储存容量(C)是可调节的。能量储存容量(C)的水平是影响电机制动作用的持续时间的另一个因素。
此外，安全控制模块配置成使得在通过所述安全装置的主动制动操作期间，能量储存装置中储存的能量被完全使用，直到制动作用的持续时间结束。因此，必须相应地确定能量储存装置的容量，以便满足所需的制动容量。
此外，安全控制模块可以配置成：使得能量储存装置的能量储存容量(C)和/或电压电平取决于电源。
在本发明的另一改进的实施例中，安全控制模块配置成：能确保能量储存装置在车辆传动系离合器***的最小运行供电电平下在安全裕度内运行。
附图说明
通过参考以下对优选实施例和附图的描述，本发明的其他目的和优点将得以体现。
图1是根据本发明的一个实施例的电机、电机驱动器、安全模块和安全控制模块的示意图。
图2是图1的安全控制模块的示意性电路设计。
具体实施方式
图1示出了具有三个线圈20a，20b和20c的电机2，每个线圈分别与电阻器22a，22b，22c连接。线圈20a，20b和20c安装在电机的定子(未示出)上，并且电机的转子(未示出)旋转以保持(拖曳)离合器弹簧。提供电机驱动器1以控制电机2的正常运行，其中，电机驱动器1与电源10连接。提供安全模块3以与电机2连接。安全模块3包括开关30a，30b和30c，开关30a，30b和30c配置成分别与电机2的线圈20a，20b和20c中的每个连接。提供安全控制模块4以与安全模块3连接，并控制开关30a，30b和30c。
图2示出了根据本发明的一个优选实施例的安全控制模块4的详细电路设计。安全控制模块4与故障控制装置5连接，以便接收输入信号，以判定电机是否发生故障。
在正常运行期间，电源10'处于有效状态，且能量储存装置42被电源10'充电。提供齐纳二极管44以设置要在能量储存装置42中充电的最大电压电平。此外，能量储存装置42配置成具有预定能量储存容量C。
四个开关SW1，SW2，SW3和SW4内置在安全控制模块4中。在正常运行期间，电源10'处于有效状态，并控制SW4，以使SW4闭合，并向安全模块3发送信号，该信号用于保持图1中的开关30a，30b和30c断开。同时，开关SW1保持闭合，而开关SW2和SW3断开。
当发生故障时，即电源10'断电时，触发SW4断开，并且故障控制装置5产生信号以断开开关SW1。触发可以是预定最小电压电平，例如，当电压低于车辆传动系离合器***的最小运行供电电平时。一旦SW1断开，SW2就被触发闭合，随后SW3被触发闭合。此时，能量储存装置42从充电状态切换到供电状态，使得安全控制模块4能够向安全模块3发送信号以闭合开关30a，30b和30c，因而线圈20a，20b和20c通过连接到接地部32而短路。
可以通过调节线圈20a，20b和20c的绕组和/或电机2的电阻器22a，22b，22c的电阻和/或安全模块3的开关30a，30b和30c的电阻来调节电机2的制动作用。此外，可以通过开关30a，30b和30c的类型，安全控制模块4的能量储存装置42的电压电平(U制动)和/或能量储存容量C来调节制动作用的持续时间。
利用上述制动装置，当发生功能故障并且电源10、10'断开时，线圈20a，20b和20c都通过连接到接地部32而短路，从而消除了由离合器弹簧的回弹力产生的到电机2的转子的磁场，从而减慢了离合器弹簧的释放，这意味着离合器的不期望的接合被减慢，从而为驾驶员提供了更多的反应时间。

Claims (17)

1.一种用于电机(2)的安全装置，所述电机(2)控制用于车辆传动系离合器***的致动器，其中，电机(2)包括至少三个线圈(20a，20b，20c)，所述安全装置包括：
安全模块(3)，其包括分别用于电机(2)的线圈(20a，20b，20c)中的每个的开关(30a，30b，30c)；
安全控制模块(4)，其配置成：能向安全模块(3)提供输出信号，从而在电机(2)正常运行期间主动保持开关(30a，30b，30c)断开；并能向安全模块(3)提供输出信号，从而在检测到电机(2)故障时，闭合开关(30a，30b，30c)，从而使线圈(20a，20b，20c)短路，并使电机(2)比通常断电情况下停止得更慢；和
能量储存装置(42)，其用于在正常运行期间被电源(10、10')充电，并且所述能量储存装置(42)配置成：能在电机(2)发生故障时为安全控制模块(4)供电，以便将输出信号发送到安全模块(3)，以闭合开关(30a，30b，30c)。
2.根据权利要求1所述的安全装置，其中，所述安全装置配置成使得当电机(2)发生故障时，线圈(20a，20b，20c)与接地部(32)连接以被短路。
3.根据权利要求1或2所述的安全装置，其中，电阻器(22a，22b，22c)被提供并分别与线圈(20a，20b，20c)中的每个连接，电阻器(22a，22b，22c)配置成使得它们的电阻能够被调节，和/或开关(30a，30b，30c)配置成使得它们的电阻能够被调节。
4.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，所述开关(30a，30b，30c)是FET或MOSFET开关。
5.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，所述安全控制模块(4)配置成能与故障控制装置(5)连接，以便接收一输入信号以检测电机(2)是否发生故障。
6.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，所述能量储存装置(42)
是电容器，和/或
设有齐纳二极管(44)，所述齐纳二极管(44)配置成用于设置能量储存装置(42)中充电的最大电压，和/或
配置使其能量储存容量是可调节的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的安全装置，其中，所述安全控制模块(4)
配置成：使得能量储存装置(42)中储存的能量配置成在所述安全装置的主动制动操作期间被完全使用，和/或
配置成：使能量储存设备(42)的容量配置成取决于电源(10、10')，和/或
配置成：使得确保能量储存装置(42)在车辆传动系离合器***的最小运行供电电平下在安全裕度内操作。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的安全装置，其中，所述安全控制模块(4)包括开关SW1，SW2，SW3和SW4，所述开关SW1，SW2，SW3和SW4配置成：使得在电机(2)的正常运行期间，SW1和SW4闭合且SW2和SW3断开；当检测到电机(2)的故障时，SW1和SW4断开且SW2和SW3闭合。
9.根据权利要求8所述的安全装置，其中，开关SW1配置成能由预定最小电压电平触发。
10.根据权利要求9所述的安全装置，其中，用于触发开关SW1的电压电平配置成低于车辆传动系离合器***的最小运行供电电平。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的安全装置，其中，开关SW4配置成：能在电机(2)的正常运行期间，使安全模块(3)中的开关(30a，30b，30c)保持断开。
12.一种用于车辆传动系离合器***的方法，在用于离合器控制致动器的电机(2)发生故障时，使离合器接合速度减慢，其中，电机(2)包括至少三个线圈(20a，20b，20c)，电机在正常运行中由电源(10、10')驱动，所述方法包括以下步骤：
将电机的每个线圈(20a，20b，20c)与来自安全装置的开关(30a，30b，30c)连接；
在电机(2)正常运行期间保持开关(30a，30b30c)断开；
当电机发生故障时，使用来自能量储存装置(42)的能量，闭合开关以使线圈短路。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当检测到电机(2)的故障时，线圈(20a，20b，20c)与接地部(32)连接以被短路。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，通过调节线圈的绕组来调节线圈(20a，20b，20c)的电阻，和/或设置电阻器(22a，22b，22c)并将其与线圈(22a，22b，22c)连接，且调节电阻器(22a，22b，22c)的电阻，和/或调节开关(30a，30b，30c)的电阻，和/或调节能量储存装置(42)的能量储存容量，以调节电机的制动作用。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中，故障控制装置(5)与所述安全装置连接，以便向所述安全装置提供一输入信号，以指示电机(2)是否发生故障。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中，能量储存装置(42)中充电的最大电压被控制。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中，根据电源(10、10')来调节所述能量储存装置(42)的能量储存容量。
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