DE102018203529A1

DE102018203529A1 - Betätigung und Steuerung einer Differentialsperre

Info

Publication number: DE102018203529A1
Application number: DE102018203529.6A
Authority: DE
Inventors: Peter GNEBNER; Håkan Persson
Original assignee: Thomson Industries Inc
Current assignee: TGA North America Holdings III Inc
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US10683921B2; US20180259050A1

Abstract

[0038] Ein Stellglied für eine Differentialsperre umfasst einen Stellgliedzapfen, der elastisch mit einer Leitspindel gekoppelt ist, um zu verhindern, dass eine übermäßige Kraft unter ansonsten schädlichen Bedingungen wie etwa einem Zahn-an-Zahn-Zustand des Differentials auf den Stellgliedzapfen wirkt. Das Stellglied kann Sensoren zum Erfassen der Position einer Leitspindelmutter und Sensoren zum Erfassen der Position des Stellgliedzapfens enthalten, um eine verbesserte Steuerung durch das Erfassen von mehreren Zuständen des Stellglieds einschließlich eines Zustands, in dem eine Zahn-an-Zahn-Bedingung in dem Differential vorhanden ist, vorzusehen.

Description

ANSPRUCH AUF PRIORITÄT UND BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil, gemäß allen anwendbaren Gesetzen, Vereinbarungen und Regelungen, der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/468,777 vom 8. März 2017 und dem Titel „Electrical Actuator for Differential Locking System“. Der Gegenstand dieses Dokuments ist hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein Stellglieder und insbesondere Stellglieder, die für das Vorsehen einer Bewegungskraft für Sperrelemente an Differentialgetrieben geeignet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin Systeme zum Steuern von Stellgliedern.
Stand der Technik
Fahrzeuge verwenden allgemein Differentialgetriebe, um die Geschwindigkeit und das Drehmoment jeweils eines Paars von angetriebenen Achswellen unter verschiedenen Antriebsbedingungen zu steuern. Wenn sich ein Fahrzeug geradlinig bewegt, drehen sich die Räder mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit und ist das Drehmoment gleichmäßig zwischen den beiden Rädern aufgeteilt. Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt, muss das äußere Rad über eine größere Distanz fahren als das innere Rad. Differentialgetriebe oder „Differentiale“ sehen eine Drehmoment- und Geschwindigkeitssteuerung für jedes Rad vor, damit das innere Rad mit einer geringeren Geschwindigkeit fahren kann als das äußere Rad, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt.
Bei einigen Antriebsbedingungen wie etwa rutschigen Straßenbedingungen kann die Kontrolle des Fahrzeugs durch die Funktion des Differentials beeinträchtigt werden, das dazu neigen kann, den Großteil des Drehmoments zu einem durchdrehenden oder rutschenden Rad zu übertragen und das nicht durchdrehende Rad ohne Leistung zu lassen, wodurch eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs verhindert wird.
Es wurden Sperrdifferentiale entwickelt, um das oben genannte Problem zu überwinden. Sperrdifferentiale können wahlweise von einem „entsperrten“ Betriebsmodus, in dem das Differential normal funktioniert und sich die Räder mit verschiedenen Geschwindigkeiten relativ zueinander drehen können, zu einem „gesperrten“ Modus, in dem sich beide Räder, allerdings an einer gemeinsamen Welle, drehen, konfiguriert werden. Als „gesperrt“ kann hier auch ein Zustand bezeichnet werden, in dem verschiedene - nicht notwendigerweise - gleiche Größen des Antriebsdrehmoments auf jedes entsprechende Rad ausgeübt werden. Sperrdifferentiale verbessern die Antriebskraft des Fahrzeugs bei rutschigen Straßenbedingungen, indem sie gestatten, dass ein gewisses Drehmoment auf ein nicht-rutschendes Rad ausgeübt wird, wenn ein anderes der Räder auf einer Fläche rutscht. Differentialsperrmechanismen verwenden gewöhnlich ein Stellglied, um den Sperrmechanismus in einen Eingriff zu versetzen. Diese Stellglieder können manuell oder automatisch durch ein Fahrzeugsteuersystem gesteuert werden.
Die Lösungen aus dem Stand der Technik leiden jedoch unter einigen Nachteilen. Zum Beispiel enthalten die Stellglieder aus dem Stand der Technik hydraulische Systeme, die beträchtlich zu der physikalischen Größe des Stellglieds selbst beitragen und auch die Gesamtkosten für das Fahrzeug und das Gewicht der hydraulischen Komponenten vergrößern. Außerdem weisen die Stellglieder aus dem Stand der Technik keine sehr kompakten Konfigurationen auf, wenn sie robuste Fähigkeiten und Sicherheit bieten sollen.
Und weiterhin weisen die Stellglieder aus dem Stand der Technik eher rudimentäre Erfassungsfähigkeiten für den Stellgliedstatus auf, wobei sie gewöhnlich darauf beschränkt sind, zwei Zustände (d.h. einen eingegriffenen und einen gelösten Zustand) des Stellglieds zu erfassen, weshalb die durch derartige Stellglieder gebotene Steuerung und Sicherheit begrenzt sind. Zum Beispiel kann ein Differential während einer Sperroperation einen Zahn-an-Zahn-Zustand erfahren, in dem die Kraftübertragungskomponenten nicht korrekt ineinander eingreifen. Wenn unter diesen Umständen eine Kraft auf den Sperrmechanismus ausgeübt wird, können dessen Komponenten beschädigt werden oder können unsichere Bedingungen verursacht werden. Die Stellglieder aus dem Stand der Technik und die diese verwendenden Steuersysteme sind also hinsichtlich der Steuerung der Differentialsperre und der Verhinderung einer Beschädigung oder von unsicheren Bedingungen beschränkt.
Die Stellglieder aus dem Stand der Technik verfügen gewöhnlich nicht über die Fähigkeit zu einer Integration mit einer bestehenden Onboard-Kommunikation und mit den Steuerfähigkeiten von Fahrzeugen. Fahrzeuge verwenden heutzutage einen Datenbus wie etwa einen CAN-BUS oder einen LIN-BUS, um eine Kommunikation mit und eine Steuerung von Onboard-Subsystemen zu ermöglichen. Derartige Systeme benötigen keine separaten und unabhängigen Leitersätze (Drähte) und keine Steuerinfrastruktur für jede Komponente. Dagegen benötigen die Differentialsperrstellglieder aus dem Stand der Technik gewöhnlich ihre eigenen Steuerungen wie etwa Relaissysteme. Es wäre vorteilhaft, Differentialsperrstellglieder vorzusehen, die eine Integration mit Fahrzeug-Onboard-Systemen vorsehen und keine zusätzlichen oder separaten Steuerkomponenten benötigen und dennoch eine robustere Steuerung bieten.
Es besteht also ein Bedarf für Stellglieder und Steuersysteme, die die oben genannten Mängel usw. aus dem Stand der Technik beseitigen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann ein beispielhaftes Stellglied für eine Differentialsperre eine kompakte Konfiguration aufweisen, die elektromechanische Komponenten einschließlich eines Elektromotors und einer Leitspindelantriebsanordnung für das Antreiben eines Stellgliedzapfens, der für die Zusammenwirkung mit der Differentialsperre konfiguriert ist, verwendet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Stellgliedzapfen elastisch mit der Leitspindel gekoppelt sein, um zu verhindern, dass eine übermäßige Kraft auf den Stellgliedzapfen unter ansonsten schädlichen Bedingungen wie etwa einem Zahn-an-Zahn-Zustand des Differentials ausgeübt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt kann ein elektromechanisches Stellglied Sensoren zum Erfassen der Position einer Leitspindelmutter und Sensoren zum Erfassen der Position eines Stellgliedzapfens umfassen. Die Sensoren können eine verbesserte Steuerung durch das Erfassen von mehreren Zuständen des Stellglieds einschließlich eines Zustands, in dem eine Zahn-an-Zahn-Bedingung in dem Differential gegeben ist, vorsehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, können elektromechanische Stellglieder mit manuellen oder automatischen ausfallsicheren Merkmalen für das Lösen und Entsperren der Differentialsperre im Fall des Verlusts einer Stromzufuhr versehen sein.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um einander entsprechende Elemente anzugeben. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft aufzufassen sind und den durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindungsumfang nicht einschränken. Die folgenden Figuren zeigen beispielhafte Aspekte der Erfindung.

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht von oben auf ein beispielhaftes Stellglied.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von unten auf das beispielhafte Stellglied von 1.
3 ist eine Querschnittansicht des montierten beispielhaften Stellglieds von 1 und 2 entlang einer vertikalen Ebene durch eine Achse der Leitspindel.
4 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht einer beispielhaften Leitspindel und einer beispielhaften Stellgliedzapfen-Montagekonfiguration.
5 ist eine Querschnittansicht der montierten Leitspindel und der Antriebszapfen-Montagekonfiguration von 4.
6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften elektronischen Steuereinheit.
7 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Erfassungskonfiguration.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Steuersystem zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das Eingangs- und Ausgangsbefehle zu und von einer beispielhaften Motorsteuereinheit zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften automatischen und ausfallsicheren Mechanismus.
11 zeigt ein beispielhaftes automatisches und ausfallsicheres Merkmal.
12 zeigt ein anderes beispielhaftes automatisches und ausfallsicheres Merkmal.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein beispielhaftes Stellglied gemäß Aspekten der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf 1-3 beschrieben. 1 und 2 zeigen Explosionsansichten, und 3 zeigt eine Querschnittansicht des montierten Zustands eines beispielhaften Stellglieds. Die Komponenten können in einem Gehäuse enthalten sein, das eine Gehäusebasis 20 und eine Gehäuseabdeckung 40 umfassen kann, die aneinander mittels Schraubbefestigungselementen befestigt sind und einen Innenraum definieren. Dichtungselemente wie etwa eine Dichtung 42 und eine Muffe 50 können den Gehäuseinnenraum gegen eine Verunreinigung abdichten. In dem Innenraum können eine Anzahl von Unteranordnungen wie etwa eine Leitspindelantriebsanordnung 100, eine Stellgliedzapfenanordnung 200 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 300 aufgenommen sein. Jede dieser Anordnungen wird im Folgenden erläutert.
Die Leitspindelantriebsanordnung 100 kann einen Elektromotor 110 umfassen, der an einem Motormontageteil 120 befestigt ist und eine Motorwelle umfasst, die mit Kraftübertragungselementen in einem Antriebsstrang oder Getriebe 140 gekoppelt ist. Eine Getriebeabdeckung 130 kann die Kraftübertragungselemente 140 abdichten und halten. Übersetzungsverhältnisse können ausgewählt werden, um eine gewünschte Reduktion der Geschwindigkeit und Vergrößerung des Drehmoments auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise zu erzielen. An dem Motormontageteil 120 kann ein erster Leitspindelmontageteil 160 einschließlich eines Zapfens oder einer Bohrung 162 zum Halten eines Endes der Leitspindel 180 für eine Drehbewegung angebracht sein. Ein entgegengesetztes Ende der Leitspindel 180 kann für eine Drehbewegung in einem zweiten Leitspindelmontageteil 170 gehalten werden und eine Bohrung 172 aufweisen. Ein Lager und Schmierelemente können auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise vorgesehen sein. Die Leitspindel 180 kann einen Gewindeteil 182 umfassen, der in eine Leitspindelmutter 190 eingreift, sodass eine Drehung der Leitspindel 180 eine laterale Verschiebung der Leitspindelmutter 190 zur Folge hat. Die Leitspindel 180 kann eine oder mehrere Lagerscheiben 184 umfassen, die als Schublager wirken, um Axialkräften auf die Leitspindel 180 entgegenzuwirken.
Wie weiterhin in 4 und 5 gezeigt, kann die Leitspindelmutter 190 elastisch mit einem Stellgliedzapfenkörper 230 gekoppelt sein, der für eine Gleitbewegung an der Leitspindel 180 durch eine sich lateral erstreckende Bohrung 231 montiert sein kann, die eine Manschette 232 aufnehmen kann. Der Stellgliedzapfenkörper 230 ist an der Leitspindel und in einer Mutternführung 250 positioniert. Ein erstes Vorspannelement, das eine Feder 210 sein kann, ist in der Mutternführung 250 zwischen einer ersten Endwand 251 der Mutternführung 250 und einer Schulter 234 des Stellgliedzapfenkörpers 230 positioniert. Die Mutternführung 250 kann eine zweite Endwand 253 aufweisen, und jede Endwand der Mutternführung 250 kann eine Mutternführung-Endwandbohrung aufweisen. Wenn sich die Leitspindelmutter 190 in einer Sperrrichtung (nach rechts in 1-5) bewegt, sieht die Feder 210 eine Vorspannkraft in der gleichen Richtung (nach rechts in 1-5) und eine elastische Kopplung zwischen der Mutternführung 250 und dem Stellgliedzapfenkörper 230 vor. Für eine zusätzliche elastische Kopplung kann ein Dämpferelement 191, das aus einem elastomerischen Material ausgebildet sein kann, in Nachbarschaft zu der Mutter 190 positioniert sein, um eine elastische Kopplung zwischen der Mutter 190 und der ersten Endwand 251 der Mutternführung 250 vorzusehen. Auf diese Weise ist der Stellgliedzapfenkörper 230 indirekt mit der Mutternführung und der Leitspindelmutter 190 gekoppelt, sodass der Stellgliedzapfenkörper 230 bei einer Zahn-an-Zahn-Bedingung einer Bewegung in der Sperrrichtung entgegenwirken kann, wenn sich die Leitspindel 180 weiter dreht und sich die Leitspindelmutter 190 und die Mutternführung 250 weiter bewegen und die Feder 210 komprimieren, bis die Zahn-an-Zahn-Bedingung nicht mehr besteht. Die Manschette 232 kann ein Reibungsreduktionselement sein, das in der Bohrung 231 befestigt sein kann, um eine stabile und glatte Bewegung des Stellgliedzapfenkörpers 230 vorzusehen. Weitere Reibungsreduktionselemente wie etwa Buchsen 233 können in den Endwandbohrungen der Mutternführung 250 vorgesehen sein, um eine stabile Gleitbewegung der Mutternführung 250 an dem nicht mit einem Gewinde versehenen Teil der Leitspindel 180 vorzusehen. Wie am besten in 5 zu erkennen ist, kann ein Ende 237 des Stellgliedzapfenkörpers 230 in eine Innenfläche der zweiten Endwand 253 der Mutternführung 250 eingreifen und gegen diese anstoßen. Ein zweites Vorspannelement, das eine Feder 220 sein kann, kann in eine Schulter 256 an einer Außenfläche der zweiten Endwand 253 der Mutternführung 250 eingreifen. Die Feder 220 übt also eine Vorspannkraft auf die Mutternführung 250 und den Stellgliedzapfenkörper 230 in einer der Sperrrichtung und der Kraft des Vorspannelements 210 entgegengesetzten Richtung aus. Die Gehäusebasis 20 kann einen Schlitz 22 ( 2) enthalten, der für eine Bewegung eines Stellgliedzapfens 235 sorgt, der sich von dem Stellgliedgehäuse erstreckt, um in ein zusammenwirkendes Element an dem Differential (nicht gezeigt) für das Sperren und Entsperren desselben einzugreifen.
Erfassungs- und Steuerkonfigurationen
6 ist ein Blockdiagramm, das beispielhafte Komponenten einer ECU 300 gemäß Aspekten der Erfindung zeigt. Die ECU kann um einen Mikrocontroller 310 herum aufgebaut sein, der einen Speicher 320 für das Speichern von Daten für Befehle und numerische Daten/Steuerparameter enthält. Eine Anzahl von Leitspindelmutter-Positionssensoren 330 kann elektronisch mit dem Mikrocontroller 310 über einen Datenbus oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Kommunikationsverbindungen kommunizieren. Eine Anzahl von Stellgliedzapfen-Positionssensoren 340 kann ebenfalls mit dem Mikrocontroller 310 auf ähnliche Weise kommunizieren. Ein Kommunikationsmodul 350 kann eine Local Interconnect Network bzw. LIN BUS-Schnittstelle zu dem Onboard-Kommunikationssystem für ein Fahrzeug sein. Die ECU 300 kann ein Motorsteuermodul 360 für das Steuern des Motors 110 (1-5) in der nachfolgend beschriebenen Weise sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Stellglied eine Erfassungskonfiguration zum Erfassen einer Anzahl von verschiedenen Zuständen des Stellglieds und von assoziierten Zuständen der Differentialeinheit sein. 7 zeigt schematisch eine beispielhafte Erfassungskonfiguration für das Erfassen von vier verschiedenen Zuständen des Stellglieds. Die Sensoren 330.1, 330.2, 340.1 und 340.2 können Reed-Schalter, Kontaktsensoren, induktive Sensoren oder andere geeignete und aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren sein, die in dem Stellglied vorgesehen sind, um die Positionen der Leitspindelmutter 190 und des Stellgliedzapfens 235 zu erfassen. Die Sensoren 330.1 und 330.2 können die Position der Leitspindelmutter 190 erfassen, und die Sensoren 340.1 und 340.2 können die Position des Stellgliedzapfenkörpers 230 erfassen. Wie weiterhin in 5 gezeigt, können die Sensoren 330.1 und 330.2 an der Unterseite der ECU montiert und positioniert sein, um induktiv oder auf andere Weise ein magnetisches Element 193 an der Leitspindelmutter 190 zu erfassen. Entsprechend können die Sensoren 340.1 und 340.2 an der Unterseite der ECU montiert und positioniert sein, um induktiv oder auf andere Weise ein magnetisches Element 239 an dem Stellgliedzapfenkörper 230 zu erfassen. Unter Verwendung der beispielhaften Konfiguration von Fig. 7 können mehrere Zustände des Stellglieds bestimmt werden. Der Sensor 330.1 kann an einer entsperrten Position der Leitspindelmutter 190 angeordnet sein. Der Sensor 330.2 kann an einer gesperrten Position der Leitspindelmutter 190 angeordnet sein. Zum Beispiel kann die „gesperrte“ Position einer Position der Leitspindelmutter 190 entsprechen, wenn der Stellgliedzapfen 235 zu einer gesperrten Position in einem normalen Differentialsperrbetrieb versetzt ist. Entsprechend kann die „entsperrte“ Position einer Position der Leitspindelmutter 190 entsprechen, wenn sich der Stellgliedzapfen 235 in einer vollständig zurückgezogenen Position befindet und das Differential entsperrt ist. Zusätzliche Sensoren 340.1 und 340.2 können positioniert sein, um gleichzeitig entsperrte und gesperrte Positionen des Stellgliedzapfens 235 zu erfassen.

Es können mehrere Zustände des Stellglieds unter Verwendung der beispielhaften Logik der Tabelle A erfasst werden, wobei „geschlossen“ den Zustand des Erfassens des Vorhandenseins des überwachten Elements wie im Fall eines geschlossenen Sensors des Schaltertyps angibt und wobei „offen“ den Zustand des nicht-Erfassens des Vorhandenseins des überwachten Elements wie im Fall eines geöffneten Sensors des Schaltertyps angibt.

TABELLE A
	Sensorzustände
Stellgliedzustand	330.1	330.2	340.1	340.2
Entsperrt	geschlossen	offen	geschlossen	offen
Bereit-für-Sperren (Zahn-an-Zahn)	offen	geschlossen	offen	offen
Gesperrt	offen	geschlossen	offen	geschlossen
Bereit-für-Entsperren	geschlossen	offen	offen	geschlossen

Unter Verwendung der oben beschriebenen Steuerlogik können mehrere Zustände des Stellglieds bestimmt und zu den Onboard-Kommunikations- und Steuersystemen über die ECU 300 übermittelt werden. Diese Zustände können einen Bereit-für-Sperren (Zahn-an-Zahn)-Status umfassen, in dem Modifikationen für die Betätigungssteueralgorithmen vorgenommen werden können, um zu verhindern, dass übermäßige Kräfte auf das Stellglied ausgeübt werden, wenn das Differentialgetriebe noch nicht korrekt ineinander eingreift. Wenn zum Beispiel der bestimmte Zustand Bereit-für-Sperren (Zahn-an-Zahn) ist, kann eine durch den Motor 110 auf die Leitspindel 180 ausgeübte Bewegungskraft eingestellt werden, indem der Strom und/oder die Spannung, der bzw. die an dem Motor 110 angelegt werden, derart geändert werden, dass eine Drehung der Leitspindel 180 vermindert wird.
Motorsteuerung
8 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Motorsteuersystem zeigt. Ein LIN-BUS-Sendeempfänger 802 kann Steuerinformationen von einer Datenverbindungsüberwachungseinrichtung (DLM) 801 empfangen und Steuerinformationen zu einer Stellgliedmotor-Steuereinheit (MCU) 804 kommunizieren. Die Sensoren 1330, die den oben beschriebenen Sensoren 330.1 und 330.2 entsprechen (7), erfassen die Position der Leitspindelmutter 1190. Die Sensoren 1340 erfassen entsprechend die Position des Stellgliedzapfens 1230. Die MCU 804 kann Informationen und/oder Signale zu einer H-Brücke 810 übermitteln, die eine Spannung zu dem Motor 110 zuführt, und kann die Polarität wechseln, um Richtungsänderungen zu bewerkstelligen. 8 zeigt auch physikalische, mechanische Verbindungen zwischen dem Getriebe 160, der Leitspindel 180, der Leitspindelmutter 190, dem Vorspannelement bzw. der Feder 210 und dem Stellgliedzapfen 230 gemäß Aspekten der Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm, das Eingangs- und Ausgangsbefehle zu einer beispielhaften Motorsteuereinheit zeigt. Die Sperr-/Entsperrbefehle können über einen LIN-BUS-Sendeempfänger empfangen werden. Die Stellgliedzustände können basierend auf den Zuständen der Sensoren 330.1, 330.2, 340.1 und 340.2 wie in die MCU eingegeben und gemäß der Logik der Tabelle A bestimmt werden. Die Sensorzustände und auch die Strom-, Spannungs- und Temperaturinformationen können in die MCU eingegeben werden, und Signale und/oder Informationen können an die H-Brücke 810 gesendet werden, um den Motor 110 entsprechend zu steuern. Statusinformationen zu dem Strom, der Spannung, der Temperatur, dem Stellgliedstatus und den Fehlerbedingungen können von der MCU über den LIN-BUS-Sendeempfänger 802 zu Fahrzeugsystemen übermittelt werden.
Ausfallsichere Konfigurationen
Gemäß Aspekten der Erfindung werden Merkmale vorgesehen, um einen ausfallsicheren Betrieb der Differentialsperrstellglieder sicherzustellen. Diese ausfallsicheren Merkmale sehen eine Lösung der Differentialsperre für den Fall des Verlusts der Stromzufuhr zu dem Stellglied vor.
10 zeigt ein ausfallsicheres Merkmal für das automatische Lösen des Stellglieds für den Fall des Verlusts einer Stromzufuhr. Wenn sich das Stellglied während des Betriebs zu einer gesperrten/eingegriffenen Position bewegt, wird eine Motorfeder (eine Uhrfeder) 400 synchron zu der Leitspindel 180 gewunden, wenn die Leitspindel 180 für das Platzieren der gesperrten/eingegriffenen Position gedreht wird, um Energie zu speichern, die später im Fall eines Verlusts der Stromzufuhr verwendet werden kann, um das Stellglied (und damit das Differentialgetriebe) zu einer entsperrten/gelösten Position zurückzuführen. Die Motorfeder 400 kann mit der Leitspindel 180 (1-5) und einer Reibungsscheibe 420 verbunden sein. Sobald die Motorfeder 400 gewunden wurde, kann ein Elektromagnet 410 mit Strom versorgt werden (unter der Steuerung der ECU 300), um zu veranlassen, dass die Reibungsscheibe 420 eingreift und im Wesentlichen eine Bremskraft gegen eine Entladung der Motorfeder 400 vorsieht, während in dem gesperrten/eingegriffenen Zustand Strom zu der Einheit zugeführt wird. Wenn ein Verlust der Stromzufuhr auftritt, wird der Elektromagnet nicht mit Strom versorgt und gibt die Reibungsscheibe 420 frei, sodass die Motorfeder eine Drehkraft auf die Leitspindel ausübt und veranlasst, dass sich die Leitspindel zu einer gelösten/entsperrten Position bewegt. Wenn kein Verlust der Stromzufuhr gegeben ist, wird die Motorfederkraft während des Entsperrens/Lösens des Stellglieds verwendet, um die Leitspindel zu bewegen und die Leitspindelmutter zu einer entsperrten Position zurückzuführen.
Zusätzlich zu den Aspekten der Erfindung können Merkmale für einen ausfallsicheren Betrieb einen Eingriff eines Benutzers erforderlich machen, wie etwa eine manuelle Betätigung zum Lösen des Stellglieds aus einer gesperrten Position. 11 zeigt ein Schraubglied 500, das sich in das Innere des Gehäuses erstreckt und entfernt oder zurückgezogen werden kann, damit der Stellgliedzapfen zu einer gelösten Position zurückkehren kann. 12 zeigt ein anderes ausfallsicheres Merkmal, in dem ein Drehknopf 600 an der Außenseite des Gehäuses zugreifbar ist und direkt mit der Leitspindel oder einem mittleren Zahnrad gekoppelt ist, um ein manuelles Drehen der Leitspindel und ein Zurückführen der Leitspindelmutter zu einer gelösten Position zu ermöglichen.
Die hier ausführlich beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen. Es können zahlreiche Änderungen an den gezeigten Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können verschiedene Modifikationen innerhalb des Erfindungsumfangs vorgenommen werden, solange den allgemeinen Prinzipien der Erfindung gefolgt wird.

Claims

Differentialsperren-Betätigungsvorrichtung, umfassend: ein Gehäuse, eine Leitspindel, die drehbar in dem Gehäuse montiert ist, eine Leitspindelmutter, die mit der Leitspindel zusammenwirkt, einen Stellgliedzapfen, der mit der Leitspindelmutter zusammenwirkt, und eine elastische Kopplung zwischen der Leitspindelmutter und dem Stellgliedzapfen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Stellgliedzapfenkörper mit einer Bohrung umfasst, wobei sich der Stellgliedzapfen von dem Stellgliedzapfenkörper erstreckt und sich die Leitspindel durch die Bohrung des Stellgliedzapfenkörpers erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Mutternführung umfasst, die gegenüberliegende Mutternführungsendwände aufweist, wobei jede Mutterführungsendwand eine Mutternführungswandbohrung aufweist, wobei sich die Leitspindel durch jede der Mutternführungswandbohrungen erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elastische Kopplung eine Feder umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin umfasst: einen Stellgliedzapfenkörper mit einer Bohrung, wobei sich der Stellgliedzapfen von dem Stellgliedzapfenkörper erstreckt und wobei sich die Leitspindel durch die Bohrung des Stellgliedzapfenkörpers erstreckt, eine Mutternführung, die gegenüberliegenden Mutternführungsendwände aufweist, wobei jede Mutternführungsendwand eine Mutternführungswandbohrung aufweist, wobei sich die Leitspindel durch jede der Mutternführungswandbohrungen erstreckt, und wobei die elastische Kopplung eine Feder umfasst, die zwischen einer der Mutternführungsendwände und dem Stellgliedzapfenkörper angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Feder konzentrisch mit der Leitspindel angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die elastische Kopplung weiterhin ein elastomerisches Element umfasst, das zwischen der Leitspindelmutter und einer der Mutternführungsendwände angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine elektronische Steuereinheit umfasst, die einen ersten Leitspindelmutternsensor zum Erfassen einer ersten Position der Leitspindelmutter und einen ersten Stellgliedzapfensensor zum Erfassen einer ersten Position des Stellgliedzapfens umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin einen zweiten Leitspindelmutternsensor zum Erfassen einer zweiten Position der Leitspindelmutter und einen zweiten Stellgliedzapfensensor zum Erfassen einer zweiten Position des Stellgliedzapfens umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die elektronische Steuereinheit einen Mikrocontroller zum Empfangen von Informationen von dem ersten Leitspindelmutternsensor und dem ersten Stellgliedzapfensensorenthält und eine Zahn-an-Zahn-Bedingung des Differentials basierend auf den empfangenen Informationen bestimmt.
Verfahren zum Betreiben einer Differentialsperren-Betätigungsvorrichtung, wobei die Differentialsperren-Betätigungsvorrichtung umfasst: ein Gehäuse; eine Leitspindel, die drehbar in dem Gehäuse montiert ist; eine Leitspindelmutter, die mit der Leitspindel zusammenwirkt; einen Stellgliedzapfen, der mit der Leitspindelmutter zusammenwirkt; eine elastische Kopplung zwischen der Leitspindelmutter und dem Stellgliedzapfen; und eine elektronische Steuereinheit, die einen ersten Leitspindelmutternsensor zum Erfassen einer ersten Position der Leitspindelmutter und einen ersten Stellgliedzapfensensor zum Erfassen einer ersten Position des Betätigungszapfens enthält, wobei das Verfahren umfasst: Drehen der Leitspindelschraube, um zu veranlassen, dass sich die Leitspindelmutter in einer Sperrrichtung bewegt, Übertragen einer Kraft von der Leitspindelmutter zu dem Stellgliedzapfen über die elastische Kopplung, Erfassen der Position der Leitspindelmutter, Erfassen der Position des Stellgliedzapfens, und Bestimmen eines Zustands des Stellglieds basierend auf den erfassten Positionen der Leitspindelmutter und des Stellgliedzapfens.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Bestimmen eines Zustands des Stellglieds das Bestimmen, dass das Stellglied eine Zahn-an-Zahn-Bedingung eines Differentials erfahren hat, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Bestimmen eines Zustands des Stellglieds das Bestimmen, dass sich das Stellglied in einem gesperrten Zustand in Entsprechung zu einer gesperrten Bedingung eines Differentials befindet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt zum Bestimmen eines Zustands des Stellglieds das Bestimmen, dass sich das Stellglied in einem entsperrten Zustand befindet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin einen Schritt zum Einstellen einer auf die Leitspindel ausgeübten Bewegungskraft basierend auf dem bestimmten Zustand des Stellglieds umfasst.