WO2018141860A1 - Verfahren zur messung einer ankerlage sowie kopplungseinrichtung unter verwendung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur messung einer ankerlage sowie kopplungseinrichtung unter verwendung des verfahrens Download PDF

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WO2018141860A1
WO2018141860A1 PCT/EP2018/052545 EP2018052545W WO2018141860A1 WO 2018141860 A1 WO2018141860 A1 WO 2018141860A1 EP 2018052545 W EP2018052545 W EP 2018052545W WO 2018141860 A1 WO2018141860 A1 WO 2018141860A1
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current
coupling device
armature
measurement
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PCT/EP2018/052545
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Stefan Brantweiner
Reinhard MICK
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Magna powertrain gmbh & co kg
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures

Definitions

  • the present invention describes a method for measuring an armature position of a lifting magnet and a coupling device in a vehicle in which an actuator with a solenoid is used and is monitored by the sensorless sensor.
  • a coupling arrangement for a drive train of a motor vehicle which comprises a clutch which is arranged on a rotating shaft to selectively couple the rotating shaft with a drive element of the drive train, and an actuator for actuating having the coupling.
  • the actuator is configured to selectively engage an engagement portion with a threaded portion rotating with the shaft to effect relative movement of the engagement portion and the threaded portion along the axis of the rotating shaft and thereby actuate the clutch in the axial direction.
  • the position of the engagement means, a plunger is determined by the movement of the armature of a lifting magnet.
  • the position of the solenoid must be monitored, which is often done with sensors. Sensor-free monitoring of anchor positions are also known from the prior art.
  • DE4443259A1 shows a method for the measurement of the armature position, wherein the time profile of the coil current i (t) depends on the armature position.
  • the time constant to be determined or the integration time ty is a measure of the anchor position. Both variants have in common that for the measurement of the coil of the solenoid is used. A separate sensor is not required. Both methods are based on a combination of position measurement and clocked control.
  • the object of the invention is to propose a method with improved sensitivity. This method should be applicable to the application of an actuator in a coupling device.
  • the object is achieved with a method for measuring the armature position in a coil with movable armature having lifting magnet which is constructed as a bistable Linearmagnet- net and the clocked by pulse width modulation is controlled, the depth of the current peaks on the solenoid as a measure of inductance and the Position of the movable armature is measured.
  • the inductance of an electromagnet depends on the operating point, i. is from the stroke, can be determined by the variable inductance of the electromagnet from the current waveform of the pulse width modulation of the voltage of the stroke.
  • the stroke correlates to the current ripple, the peak-to-peak value of the current.
  • the method has the advantage that the solenoid is designed with stops on both sides.
  • the PWM control of the voltage is reversed.
  • the sensitivity of the measurement is increased by a small PWM frequency over a short time, so that measurements of high sensitivity outside the stop position are possible.
  • the method has the advantage that the switching distance between positive and negative PMW voltage over the range of the operating temperature of the solenoid is sufficiently designed.
  • the method has the advantage that the switching distance is increased by a temperature compensation via measurement of the coil resistance by a current measurement.
  • the sensitivity of the measuring method over the temperature can be increased by means of the permanent magnet of the bistable solenoid by polarization and overexcitation of the current.
  • FIG. 1 shows an unfiltered PWM current profile of a typical actuation of the electromagnet
  • Fig. 2 Typical voltage / current characteristic (RMS filtered) for controlling the electromagnet
  • Fig. 6 Exemplary Stromripple- characteristic field over temperature and stroke
  • Fig. 7 actuator in a coupling arrangement.
  • FIG. 7 shows an arrangement of a coupling device in which an actuator is used.
  • a coupling arrangement 10 is arranged in a drive train of a motor vehicle, not shown.
  • a clutch 1 1 which may, for example, be a locking synchronization, is used for selectively coupling a rotating shaft 12 (for example an output shaft of a main transmission, a transfer case or an electric motor of a motor vehicle) and an output shaft 14 (for example an axle shaft). a cardan shaft or an input member of a bevel gear).
  • the configuration shown in FIG. 7 corresponds to a fully engaged clutch 1 1, that is to say a drive-effective, form-fitting, coupling of the rotating shaft 12 and the output shaft 14, the clutch 1 1 being biased into the engaged position according to FIG. 7.
  • the clutch 1 1 is associated with an actuating device 16, which comprises an actuator 18.
  • a shift fork 22 of the actuator 18 is parallel to the axis of rotation A of the rotating shaft 12 displaceable to displace a sleeve 23, thereby causing an actuation of the clutch 1 1.
  • the shift fork 22 can perform a movement in the axial direction or, alternatively, can be rotatably mounted about a point.
  • a lever 24 is articulated to the shift fork 22 such that it is pivotable about a pivot axis S arranged at right angles to the axis of rotation A.
  • An end portion of the lever 24 is formed as an engagement portion in the form of a nut angle segment 28, which with one of the rotating Shaft 12 provided threaded portion 30 can be brought into engagement.
  • the nut angle segment 28 on the lever 24 further forms a driver 26 which is displaced in an engagement between the threaded portion 30 and nut angle segment 28 due to the rotational movement of the rotating shaft 12 in the direction of the axis of rotation A.
  • the travel speed of the driver 26 depends on the pitch and the number of turns of the threaded portion 30 and on the rotational speed of the rotating shaft 12.
  • An actuator 32 of the actuator 16 which is designed here as an electrically controllable solenoid with a linearly displaceable plunger 34, provides for an optional engagement of the driver 26 with the threaded portion 30.
  • the lever 24 by means of a first Spring element 36 is biased in a direction away from the rotating shaft 12 radial direction and is in non-actuated clutch 1 1 at the top of the plunger 34 at.
  • a second spring element 38 is provided, which biases the shift fork 22 in the axial direction in a direction pointing away from the clutch 11. This biasing direction corresponds in the example shown here the direction of engagement.
  • the spring element 36 can be arranged so that it also completely takes over the function of the second spring element 38 by being arranged at an angle to the axis of rotation A.
  • the proportion of the spring force in the radial direction is responsible for lifting the lever 24, the axial portion for moving the shift fork 22.
  • the solenoid 32 is activated by means of a control device, not shown, so energized so that the plunger 34 is moved against a bias voltage, not shown, in an extended actuating position ,
  • bistable solenoid In order to monitor the movement of the plunger 34 via the lifting magnet no sensor is used but a measuring method is used.
  • bistable solenoid Bistable lifting magnets are electromechanical magnets with linear movement direction, wherein the armature locks in each end position.
  • the effect of bistable solenoids differs from "normal" solenoids in a subtle but very decisive detail: the submerged core arrives without current in both end positions with considerable force.
  • bistable solenoids the coil is split more or less centrally, creating a gap.
  • a permanent magnet is used.
  • the anchor itself is both the front and the back so turned off that he has in the respective end position a flat surface lying to the frame of the magnet. The magnetic field of the permanent magnet flows over this surface. It is also possible to use two separate coils, which are controlled separately from one another, depending on the direction in which the armature is to be moved.
  • FIG. 1 shows the course of the voltage and the current of a solenoid over time once in unfiltered representation and after the filtering for smoothing.
  • FIG. 1 shows the current profile in response to the pulse width signal of the voltage. The current fluctuates between a minimum and a maximum, forming current ripple whose distance between minimum and maximum ⁇ is called. It can be seen that different distances occur over the time course.
  • phase 1 which extends between t1 -t3
  • the solenoid is quickly actuated by an increased voltage Ui by means of pulse width modulation by overexcitation with briefly increased current supply.
  • Phase 2 starts at t3 to t4 and describes the phase in which the solenoid moves the armature, the shift phase.
  • the energization of the first phase is reduced by the overexcitation to the required operating point, the required force.
  • the armature with an associated plunger is moved and an actuation, for example, of a lever 24 takes place.
  • a coupling arrangement according to FIG. 7 is opened during this phase 2.
  • the stroke of the armature and thus the plunger can assume an intermediate position in this phase.
  • a possible intermediate stroke position can resulting from the coupling arrangement to be actuated by the opposing force or the respective switching position of the threaded portion.
  • the voltage setting U2 is constant over the shift phase.
  • a bistable solenoid In a third phase, extending from t4 to t5, the voltage and thus the current is reduced to the required operating point for holding the electromagnet.
  • the coupling arrangement according to FIG. 7 remains open during this phase 3.
  • Using a bistable solenoid will reduce the current to 0 amps.
  • the holding force is built up by a permanent magnet in the bistable solenoid.
  • the solenoid In a fourth phase 4, from the time stamp t5, the solenoid is switched off.
  • the bistable magnet remains de-energized until the PWM voltage is reversed.
  • a short negative current pulse for the duration of the switching time is sufficient to bring the bistable electromagnet back to its original position.
  • the pulse width method is shown schematically. In the upper area, the voltage is plotted over time.
  • the voltage is varied and integrally set to a low or high voltage value.
  • Another activation variant is obtained by changing the period, ie the frequency of the drive signal.
  • the current in the solenoid follows the signal of the pulse width modulation. It can be seen that the current signal peaks, current ripple trains.
  • the distance between the peaks ⁇ depends on the differential inductances L of the coils of the lifting magnet.
  • the inductances of the coils change as the armature moves, thus increasing or decreasing the air gap.
  • the differential inductance L follows the following relation:
  • the differential inductance L By measuring the current ripple, the differential inductance L can be determined, as shown in FIG. A map is obtained in which the course of the inductances and thus of the armature stroke is determined for an individual lifting magnet.
  • a characteristic field In order to determine the control for a particular solenoid, a characteristic field must still be determined.
  • the characteristic curve field from Ai to stroke position can be recorded with sufficient accuracy by a force-stroke measuring machine with simultaneous ECU current control with little effort.
  • the characteristic field of inductance via stroke can be additionally adjusted by the design of the electromagnet.
  • a correct tracking can be monitored via appropriate current ripple tolerance bands.
  • the measuring system in an ECU scans the current with a resolution of 12bit. In order to be able to make reliable statements about the position of the armature via the current measurement, the greatest possible relative precision is required.
  • the sampling rate can not deviate from the PWM frequency.
  • the polarity of the voltage pulses in the case of bipolar actuation has an effect on the measuring method. By reversing the polarity of the PWM voltage, it is possible to measure in both end positions without risking unwanted actuation of the solenoid.
  • the power increase which is hardly limited in the end positions, also increases the relative resolution of the current measurement with constant absolute measurement resolution.
  • This allowed current increase is made possible by the winding, the design of the bistable magnet. Even when energized in the respective direction of the mechanical stop no consideration for unwanted movement must be taken so that any long periods can be applied to increase the accuracy of measurement.
  • the measuring method must also be usable over a wide temperature range. In the case of the use of the actuator on a coupling device in the vehicle, a range of -40 ° C to +125 ° C must be covered without problems with the switching of the bistable solenoid occur.
  • the influence of the temperature on the switching distance can be compensated by measuring the coil resistance. Also can be determined by establishing an optimal Coil resistance of the solenoid meet an optimized selection for the execution of the process. Both coil resistance and inductance change over temperature.
  • the inductance is also influenced by the permanent magnet whose properties are also temperature-dependent.
  • the remanence decreases with higher temperature.
  • the difference between the curves occurs by changes in the inductance with the stroke to be measured.
  • FIG. 6 shows the course of the current ripple over time for the on / off state at different temperatures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Ankerlage bei einer Spule mit beweglichen Anker aufweisenden Hubmagnet der als bistabiler Linearmagnet aufgebaut ist und der getaktet mittels Pulsweiten- Modulation angesteuert wird, wobei die Tiefe der Stromspitzen am Hubmagnet als Maß der Induktivität und der Position des beweglichen Ankers gemessen wird.

Description

Verfahren zur Messung einer Ankerlaqe sowie Kopplungseinrichtung unter Verwendung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Messung einer Ankerlage eines Hubmagneten sowie eine Kopplungseinrichtung in einem Fahrzeug bei der ein Aktuator mit einem Hubmagnet zum Einsatz kommt und über das Verfahren sensorlos überwacht wird.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik der WO 201 1098595A1 ist eine Kopplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, die eine Kupplung umfasst, die an einer rotierenden Welle angeordnet ist, um die rotierende Welle wahlweise mit einem Antriebselement des Antriebsstrangs zu koppeln, und einem Aktuator zum Betätigen der Kupplung aufweist. Der Aktuator ist dazu ausgebildet, wahlweise einen Eingriffsabschnitt mit einem mit der Welle rotierenden Gewindeabschnitt in Eingriff zu bringen, um eine Relativbewegung des Eingriffsabschnitts und des Gewindeab- Schnitts entlang der Achse der rotierenden Welle zu bewirken und die Kupplung hierdurch in axialer Richtung zu betätigen. Dabei ist die Position des Eingriffsmittels, eines Stößels, durch die Bewegung des Ankers eines Hubmagneten bestimmt. Die Position des Hubmagneten muss überwacht sein, was oft mit Sensoren erfolgt. Sensorenfreie Überwachung von Ankerlagen sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt.
Die DE4443259A1 zeigt beispielsweise ein Verfahren für die Messung der Ankerlage, wobei der zeitliche Verlauf des Spulenstromes i(t) von der Ankerlage abhängt. Die zu ermittelnde Zeitkonstante oder die Integrationszeit ty ist ein Mass für die Ankerlage. Beiden Varianten ist gemeinsam, dass für die Messung die Spule des Hubmagneten verwendet wird. Ein separater Sensor ist nicht erforderlich. Beide Verfahren beruhen auf eine Kombination von Lagemessung und getakteter Steuerung.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren mit verbesserter Empfindlichkeit vorzu- schlagen. Dieses Verfahren soll auf den Anwendungsfall eines Aktuators in einer Kopplungseinrichtung anwendbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Messung der Ankerlage bei einer Spule mit beweglichen Anker aufweisenden Hubmagnet der als bistabiler Linearmag- net aufgebaut ist und der getaktet mittels Pulsweiten- Modulation angesteuert wird, wobei die Tiefe der Stromspitzen am Hubmagnet als Mass der Induktivität und der Position des beweglichen Ankers gemessen wird.
Da die Induktivität eines Elektromagneten abhängig vom Arbeitspunkt, d.h. vom Hub ist, kann über die variable Induktivität des Elektromagneten aus dem Stromverlauf der Pulsweiten-Modulation der Spannung der Hub ermittelt werden. Der Hub korreliert zum Stromrippel, dem Spitze-Spitze-Wert des Stromes.
Bei klein gewähltem gemittelten Stromstärken kann damit, ohne den Hubmagnet ungewollt zu aktuieren, dessen Hubposition ermittelt werden. Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Hubmagnet mit Anschlägen auf beiden Seiten ausgelegt wird.
Auch bei Beaufschlagung positiver oder negativer Spannungspulse im PWM und der resultierenden Bestromung in die jeweilige Richtung des mechanischen Anschlags muss keine Rücksicht auf ungewollte Bewegung genommen werden, so dass beliebig lange Perioden zur Erhöhung der Messgenauigkeit angelegt werden können.
Zur Messungen an den jeweiligen Anschlägen wird die PWM-Ansteuerung der Spannung umgepolt. Vorteilhafterweise wird die Empfindlichkeit der Messung durch eine kleine PWM Frequenz über einen kurze Zeit erhöht, so dass auch Messungen hoher Empfindlichkeit außerhalb der Anschlagsposition möglich werden.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Schaltabstand zwischen positiver und negati- ver PMW-Spannung über den Bereich der Betriebstemperatur des Hubmagneten ausreichend ausgelegt wird.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Schaltabstand durch eine Temperaturkompensation über Messung des Spulenwiederstands durch eine Strommessung erhöht wird. Die Empfindlichkeit des Messverfahrens über die Temperatur kann mit Hilfe des Permanentmagneten des bistabilen Hubmagneten durch Polarisation und Übererregung des Stroms erhöht werden.
Es ist von Vorteil einen Aktuator in einer Kopplungseinrichtung mit dem Verfahren zu überwachen, der für eine Kopplungseinrichtung eines Antriebsstranges eine betreibt, die einen Eingriff relativ zu einem Gewindeabschnitt einer Welle bewegt und in Eingriff bringt.
Es ist von Vorteil, dass im Aktuator ungewolltes Aktuieren und Blockieren des Elektro- magneten durch die Stellmechanik der Kopplungseinrichtung durch eine entsprechende Strommessung über eine ECU laufend überwacht ist.
Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen ungefilterter PWM- Stromverlauf einer typischen Aktuierung des Elektromagneten, Fig. 2 Typischer Spannungs-/Stromverlauf (RMS- gefiltert) zur Ansteuerung des Elektromagneten,
Fig. 3 zeigt ein Schema der Vorgabespannung PWM sowie der resultierenden Stromaufnahme des Elektromagneten,
Fig. 4 Kennlinienfeld von gemessenen Stromripple und Induktivität,
Fig. 5 Sicherer Schaltabstand,
Fig. 6 Exemplarisches Stromripple- Kennlinienfeld über Temperatur und Hub, Fig. 7 Aktuator in einer Kopplungsanordnung.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung einer Kopplungseinrichtung, in der ein Aktuator zum Ein- satz kommt. Gemäß Fig. 7 ist eine Kopplungsanordnung 10 in einem Antriebsstrang eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet. Eine Kupplung 1 1 , bei der es sich beispielsweise um eine Sperrsynchronisierung handeln kann, dient zum wahlweisen Koppeln einer rotierenden Welle 12 (beispielsweise einer Ausgangswelle eines Hauptgetriebes, eines Verteilergetriebes oder eines Elektromotors eines Kraft- fahrzeugs) und einer Abtriebswelle 14 (beispielsweise einer Achswelle, einer Kardanwelle oder eines Eingangselements eines Winkelgetriebes). Die in Fig. 7 gezeigte Konfiguration entspricht einer vollständig eingerückten Kupplung 1 1 , also einer antriebswirksamen, formschlüssigen, Kopplung der rotierenden Welle 12 und der Abtriebswelle 14, wobei die Kupplung 1 1 in die eingerückte Stellung gemäß Fig. 7 vor- gespannt ist.
Der Kupplung 1 1 ist eine Betätigungseinrichtung 16 zugeordnet, welche ein Stellglied 18 umfasst. Eine Schaltgabel 22 des Stellglieds 18 ist parallel zu der Rotationsachse A der rotierenden Welle 12 versetzbar, um eine Muffe 23 zu verschieben und dadurch eine Betätigung der Kupplung 1 1 zu bewirken. Die Schaltgabel 22 kann wie darge- stellt eine Bewegung in axialer Richtung durchführen oder aber alternativ um einen Punkt drehbar gelagert sein. Ein Hebel 24 ist derart an der Schaltgabel 22 angelenkt, dass er um eine rechtwinklig zu der Rotationsachse A angeordnete Schwenkachse S verschwenkbar ist. Ein Endabschnitt des Hebels 24 ist als Eingriffsabschnitt in Form eines Mutterwinkelsegments 28 ausgebildet, welcher mit einem an der rotierenden Welle 12 vorgesehenen Gewindeabschnitt 30 in Eingriff bringbar ist. Das Mutterwinkelsegment 28 an dem Hebel 24 bildet ferner einen Mitnehmer 26, der bei einem Eingriff zwischen Gewindeabschnitt 30 und Mutterwinkelsegment 28 aufgrund der Rotationsbewegung der rotierenden Welle 12 in Richtung der Rotationsachse A verschoben wird. Die Verfahrgeschwindigkeit des Mitnehmers 26 hängt von der Steigung und der Ganganzahl des Gewindeabschnitts 30 sowie von der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Welle 12 ab.
Ein Aktuator 32 der Betätigungseinrichtung 16, welcher hier als elektrisch ansteuerbarer Hubmagnet mit einem linear verschiebbaren Stößel 34 ausgebildet ist, sorgt für ein wahlweises in Eingriffbringen des Mitnehmers 26 mit dem Gewindeabschnitt 30. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist der Hebel 24 mittels eines ersten Federelements 36 in einer von der rotierenden Welle 12 wegweisenden radialen Richtung vorgespannt und liegt bei nicht betätigter Kupplung 1 1 an der Spitze des Stößels 34 an. Weiterhin ist ein zweites Federelement 38 vorgesehen, welches die Schaltgabel 22 in axialer Rich- tung in einer von der Kupplung 1 1 wegweisenden Richtung vorspannt. Diese Vorspannrichtung entspricht bei dem hier gezeigten Beispiel der Einrückrichtung. Das Federelement 36 kann so angeordnet werden, dass es auch die Funktion des zweiten Federelements 38 vollständig mitübernimmt, indem es in einem Winkel zur Rotationsachse A angeordnet ist. Der Anteil der Federkraft in radialer Richtung ist zum Anhe- ben des Hebels 24 zuständig, der axiale Anteil zum Bewegen der Schaltgabel 22.
Wenn während des Fahrbetriebs eine antriebsmäßige Trennung der Abtriebswelle 14 von der rotierenden Welle 12 herbeigeführt werden soll, wird mittels eines nicht dargestellten Steuergeräts der Hubmagnet 32 aktiviert, also bestromt, sodass dessen Stößel 34 entgegen einer nicht dargestellten Vorspannung in eine ausgefahrene Be- tätigungsstellung bewegt wird.
Um die Bewegung des Stößels 34 über den Hubmagnet zu überwachen wird kein Sensor eingesetzt sondern ein Messverfahren angewendet. Dazu wird ein bistabiler Hubmagnet eingesetzt. Bistabile Hubmagnete sind elektromechanische Magnete mit linearer Bewegungsrichtung, wobei der Anker in jeder Endposition arretiert. Die Wirkung bistabiler Hubmagnete unterscheidet sich in einem feinen aber sehr entscheidenden Detail von "normalen" Hubmagneten : der Tauchkern arretiert unbestromt in beiden Endpositionen mit erheblicher Kraft. Bei bistabilen Hubmagneten wird die Spule mehr oder minder mittig geteilt, so dass ein Spalt entsteht. In diesen Spalt ist ein Permanentmagnet eingesetzt. Der Anker selber ist sowohl vorne wie hinten so abgedreht, dass er in der jeweiligen Endposition eine plan aufliegende Fläche zum Rahmen des Magneten hat. Über diese Fläche fließt das Magnetfeld des Permanentmagneten. Es auch der Einsatz von zwei ge- trennten Spulen möglich, wobei diese getrennt voneinander angesteuert werden, je nachdem in welche Richtung der Anker bewegt werden soll.
Figuren 1 und 2 zeigen den Verlauf der Spannung und des Strom eines Hubmagneten über der Zeit einmal in ungefilterter Darstellung sowie nach der Filterung zur Glättung. In Figur 1 ist der Stromverlauf als Reaktion auf das Pulsweiten-Signal der Span- nung dargestellt. Der Strom schwankt zwischen einem Minimum und einem Maximum und bildet dabei Stromrippel aus deren Abstand zwischen Minimum und Maximum Δί genannt wird. Man erkennt, dass unterschiedliche Abstände über dem zeitlichen Verlauf auftreten.
In der Phase 1 , die sich zwischen t1 -t3 erstreckt wird der Hubmagnet durch eine er- höhte Spannung Ui mittels Pulsweiten-Modulation durch Übererregung mit kurzzeitig erhöhter Bestromung schnell aktuiert.
Die Phase 2 beginnt bei t3 bis t4 und beschreibt die Phase in der der Hubmagnet den Anker verschiebt, die Shift-Phase. Die Bestromung der ersten Phase wird von der Übererregung auf den erforderlichen Arbeitspunkt, die erforderliche Kraft reduziert. Der Anker mit einem damit verbundenen Stößel wird bewegt und eine Betätigung z.B. eines Hebels 24 findet statt. Eine Kopplungsanordnung nach Fig. 7 wird während dieser Phase 2 geöffnet. Der Hub des Ankers und somit des Stößels kann in dieser Phase eine Zwischenstellung einnehmen. Eine mögliche Hub- Zwischenstellung kann sich durch die zu aktuierende Gegenkraft bzw. der jeweiligen Schaltstellung des Gewindeabschnitts von der Kopplungsanordnung ergeben.
Die Spannungsvorgabe U2 ist über die Shift- Phase konstant.
In einer dritten Phase, die sich von t4 bis t5 erstreckt wird die Spannung und somit der Strom auf den erforderlichen Arbeitspunkt zum Halten des Elektromagneten reduziert. Die Kopplungsanordnung nach Fig. 7 bleibt während dieser Phase 3 geöffnet. Bei Verwendung eines bistabilen Elektromagneten wird der Strom auf 0 Ampere reduziert. Die Haltekraft wird von einem Permanentmagneten im bistabilen Hubmagneten aufgebaut. In einer vierten Phase 4, ab der Zeitmarke t5 ist der Hubmagnet abgeschaltet. Der bistabile Magnet bleibt solange stromlos angezogen bis die PWM-Spannung umgepolt wird. Ein kurzer negativer Strompuls für die Dauer der Schaltzeit ist ausreichend um den bistabilen Elektromagneten wieder in seine ursprüngliche Position einzufahren. In Figur 3 wird schematisch das Pulsweiten Verfahren aufgezeigt. Im oberen Bereich ist die Spannung über der Zeit aufgetragen. Man erkennt die Anschaltzeit ton pro Periode T. Durch Variation dieser Zeit ton wird die Spannung variiert und integral ein geringer oder hoher Spannungswert eingestellt. Eine weitere Ansteuerungsvariante ergibt sich durch Änderung der Periode, also der Frequenz des Ansteuersignais. Im unteren Teil der Figur 3 ist dargestellt, wie der Strom im Hubmagnet dem Signal der Pulsweitenmodulation folgt. Dabei ist zu erkennen, dass das Stromsignal Spitzen, Stromrippel, ausbildet.
Der Abstand zwischen den Spitzen Δί hängt von der differenzielle Induktivitäten L der Spulen des Hubmagneten ab. Die Induktivitäten der Spulen ändern sich, wenn sich der Anker bewegt, somit der Luftspalt zu oder abnimmt. Dabei folgt die differenzielle Induktivitäten L der folgenden Beziehung:
Figure imgf000009_0001
Ai: Stromripple Spitze-Spitze
UDC: Versorgungsspannung PWM
ton : On-time PWM
R: Widerstand des Hubmagneten
Über eine Messung der Stromrippel kann die differenzielle Induktivitäten L ermittelt werden, wie es in der Figur 4 dargestellt wird. Man erhält ein Kennfeld, in dem der Verlauf der Induktivitäten und somit des Anker Hub für einen individuellen Hubmagneten bestimmt ist.
Um die Ansteuerung für einen bestimmten Hubmagneten zu bestimmen, muss noch ein Kennlinienfeld bestimmt werden. Das Kennlinienfeld von Ai über Hubposition kann über eine Kraft-Hub- Messmaschine bei gleichzeitiger ECU- Stromansteuerung mit wenig Aufwand ausreichend genau aufgenommen werden.
Um ein robustes System mit einer hohen Empfindlichkeit zu schaffen ist es vorteilhaft, wenn kleine Hubänderungen große Änderungen im Stromrippel Δί gegenüberstehen.
Das Kennlinienfeld von Induktivität über Hub kann dabei zusätzlich durch die Ausle- gung des Elektromagneten eingestellt werden.
Ein korrekter Einspurvorgang (Hub über Zeit) kann über entsprechende Stromripple - Toleranzbänder überwacht werden. Das Messsystem in einer ECU tastet den Strom mit einer Auflösung von 12bit ab. Um sichere Aussagen über die Position des Ankers über die Strommessung treffen zu können, ist eine möglichst große relative Präzision erforderlich.
Die Abtastrate kann dabei nicht von der PWM-Frequenz abweichen. Um die Empfind- lichkeit zu erhöhen wird über die Umpolung der Spannungspulse bei bipolarer An- steuerung ein Effekt für das Messverfahren erreicht. Durch die Umpolung der PWM- Spannung kann in beiden Endlagen gemessen werden, ohne ungewollte Aktuierun- gen des Hubmagneten zu riskieren.
Durch vorrübergehende Wahl einer kleineren PWM- Frequenz während der Shift- phase wird ein kleiner mittlerer Strom am Hubmagneten angelegt. Dadurch kann der Stromimpuls verlängert und damit mehr Messwerte gewonnen werden. Der kurze Wechsel der Frequenz muss dabei so gewählt sein, dass der Hubmagnet nicht ungewollt eine Hubbewegung ausführt.
Auch die in den Endlagen kaum eingeschränkte Stromerhöhung erhöht bei konstanter absoluter Messauflösung die relative Auflösung der Strommessung. Diese erlaubte Stromerhöhung wird von der Bewicklung, der Auslegung des bistabilen Magneten ermöglicht. Auch bei Bestromung in die jeweilige Richtung des mechanischen Anschlags muss keine Rücksicht auf ungewollte Bewegung genommen werden, so dass beliebig lange Perioden zur Erhöhung der Messgenauigkeit angelegt werden können. Das Messverfahren muss auch über einen großen Temperaturbereich einsetzbar sein. Im Fall des Einsatzes des Aktuators an einer Kopplungseinrichtung im Fahrzeug muss ein Bereich von -40 °C bis +125 °C abgedeckt sein, ohne dass Probleme mit der Umschaltung des bistabilen Hubmagneten auftreten.
Die Umschaltung zwischen On- und OFF Zustand des Hubmagneten muss mit einem sicheren Schaltabstand in der Stromstärke erfolgen.
Den Einfluss der Temperatur auf den Schaltabstand lässt sich über Messung des Spulenwiderstands kompensieren. Auch lässt sich durch Festlegung eines optimalen Spulenwiderstands des Hubmagneten eine optimierte Auswahl für die Ausführung des Verfahrens treffen. Sowohl der Spulenwiderstand als auch die Induktivität ändern sich über Temperatur.
Die Induktivität wird bei einem bistabilen Magneten auch über den Permanentmagne- ten beeinflusst, dessen Eigenschaften auch temperaturabhängig sind.
Typischerweise sinkt die Remanenz mit höherer Temperatur.
Wenn die Empfindlichkeit durch einen großen Einfluss des Hubs auf die Stromrippel voreingestellt ist, muss der temperaturabhängige Stromripple nicht mehr kompensiert werden, da der Schaltabstand zwischen der ON/OFF- Position groß genug über Tem- peraturbereich ist.
Dies ist in Figur 5 dargestellt. Durch den großen Abstand der Stromrippel über den gesamten Temperaturbereich, bleibt auch am Ende der hohen Temperatur noch ein ausreichender Schaltabstand zwischen den Polaritäten der Spannung übrig.
Der Unterschied zwischen den Kurven tritt auf durch Änderungen der Induktivität mit dem zu messenden Hub.
D.h. On/Off haben ein grundsätzlich anderes Niveau von der Induktivität, den Stromripple her. Dieser Effekt ist noch mit den Effekten der Temperatur bzw. Polarität der Stromansteuerung überlagert.
Figur 6 zeigt den Verlauf der Stromrippel über die Zeit jeweils für den On/Off Zu- stand bei unterschiedlichen Temperaturen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Messung der Ankerlage bei einer Spule mit beweglichen Anker aufweisenden Hubmagnet der als bistabiler Linearmagnet aufgebaut ist und der getaktet mittels Pulsweiten- Modulation angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Stromspitzen am Hubmagnet als Mass der Induktivität und der Position des beweglichen Ankers gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet mit An- Schlägen auf beiden Seiten ausgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM- Ansteuerung umgepolt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit der Messung durch eine kleine PWM Frequenz über eine kurze Zeit erhöht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltabstand zwischen positiver und negativer PMW-Spannung über den Bereich der Be- triebstemperatur des Hubmagneten ausreichend ausgelegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltabstand durch eine Temperaturkompensation über Messung des Spulenwiederstands durch eine Strommessung erhöht wird.
7. Kopplungseinrichtung eines Antriebsstranges wobei eine Betätigungseinrichtung (16) einen Aktuator (32) aufweist, der einen Eingriff (28) relativ zu einem Gewindeabschnitt (39) einer Welle bewegt und in Eingriff bringt, wobei der Aktuator einen Hubmagneten aufweist, der mit dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 überwacht ist.
8. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ungewolltes Aktuieren und Blockieren des Elektromagneten durch die Stellmechanik der Kopplungseinrichtung kann durch eine entsprechende Strommessung über eine ECU lau- fend überwacht ist.
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