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Title:
METHOD FOR CONTROLLING AN ACTUATOR FOR A CLUTCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/101298
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling an actuator (1) of an actuator device, at least comprising a clutch (2) and an actuator (1), which actuator has: an electric drive motor (3) and a control device (4); a ramp mechanism (5), which comprises a rotatable first disk (6), which has first ramps (7), a second disk (9), which can be moved only in an axial direction (8, 13) and which has second ramps (10), and balls (11), which are arranged between the disks (6, 9) in the first ramps (7) and second ramps (10); and at least one spring (12) for moving the second disk (9) in the axial direction (8). The dynamics of the electric drive motor (3) are reduced by the control device (4) at least in dependence on at least the determined preloading force or the first play (20) in such a way that, during braking, the pin (14) contacts only one side surface (16, 18) or that, in the event of a reversal of the rotational motion, the pin (14) bridges the first play (20) at a reduced first rotational speed (21) of the drive motor (3) and comes into contact with the other side surface (18, 16) and only then does an increase to a second rotational speed (22) occur.

Inventors:
FITZ, Rudolf (Baldeneyseestraße 1, Troisdorf, 53844, DE)
ESCH, Eric (Am Marienpütz 5, Euskirchen, 53879, DE)
Application Number:
EP2017/079947
Publication Date:
May 31, 2019
Filing Date:
November 21, 2017
Export Citation:
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Assignee:
GKN AUTOMOTIVE LTD. (Ipsley House, Ipsley Church Lane, Redditch Worcestershire B98 0AJ, B98 0AJ, GB)
International Classes:
F16D48/06; F16F15/00; F16D23/12; F16D125/36; F16H48/34
Foreign References:
EP0863330A11998-09-09
EP3101297A12016-12-07
DE102005061268A12007-06-21
DE10065355C22002-11-21
DE10065355C22002-11-21
Attorney, Agent or Firm:
ROESSLER, Matthias (Kahlhöfer Rößler Kreuels Patentanwälte PartG mbB, Postfach 32 01 02, Düsseldorf, 40024, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Aktuators (1) einer Aktuatoreinrichtung, zu- mindest aufweisend eine Kupplung (2) sowie einen Aktuator (1) mit

• einem elektrischen Antriebsmotor (3) und einer Steuereinrichtung (4),

• einem Rampenmechanismus (5) mit einer drehbaren ersten Scheibe (6), die erste Rampen (7) aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung (8, 13) verlagerbaren zweiten Scheibe (9), die zweite Ram pen (10) aufweist, und Kugeln (11), die in den ersten Rampen (7) und zweiten Rampen (10) zwischen den Scheiben (6, 9) angeordnet sind,

• mindestens einer Feder (12) zur Verlagerung der zweiten Scheibe (9) entlang der axialen Richtung (8);

wobei die erste Scheibe (6) über den Antriebsmotor (3) drehbar und durch den Rampenmechanismus (5) damit die zweite Scheibe (9) entlang einer ersten axialen Richtung (8) zur Betätigung der Kupplung (2) sowie die zweite Scheibe (9) durch die mindestens eine Feder (12) entlang einer zwei- ten axialen Richtung (13) verlagerbar und damit die erste Scheibe (6) dreh bar ist; wobei die zweite Scheibe (9) über einen Zapfen (14), der mit einer Nut (30) an der zweiten Scheibe (9) zusammenwirkt, gegenüber einer Dre hung in einer Umfangsrichtung (15, 17) gesichert ist; wobei sich der Zapfen (14) zumindest in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der ersten Scheibe (6) an einer, in eine erste Umfangsrichtung (15) weisende, ersten Seitenflä che (16) oder an einer, in eine zweite Umfangsrichtung (17) weisende, zwei ten Seitenfläche (18) der Nut (30) abstützt, wobei das Verfahren bei einem bevorstehenden Abbremsen oder einer Umkehrung der Drehbewegung des Antriebsmotors (3) zumindest die folgenden Schritte umfasst:

a) Feststellen einer aktuell vorliegenden Drehrichtung der ersten Scheibe (6) und Bestimmen der Seitenfläche (16, 18), an der der Zapfen (14) sich während der Drehung der ersten Scheibe (6) abstützt; und zumindest eines von b) Ermittlung einer Vorspannkraft der mindestens einen Feder (12) in Abhängigkeit von einer Position (19) der zweiten Scheibe (9) entlang der axialen Richtung (8, 13); und

c) Ermittlung eines ersten Spiels (20) zwischen dem Zapfen (14) und der ersten Seitenfläche (16) sowie der zweiten Seitenfläche (18); und danach

d) Reduzieren einer Dynamik des elektrischen Antriebsmotors (3) durch die Steuereinrichtung (4) zumindest in Abhängigkeit von zumindest der ermittelten Vorspannkraft oder des ersten Spiels (20), so dass während eines Abbremsens der Zapfen (14) ausschließlich die in

Schritt a) festgestellte Seitenfläche (16, 18) kontaktiert oder so dass bei einer Umkehrung der Drehbewegung der Zapfen (14) das erste Spiel (20) mit einer reduzierten ersten Drehgeschwindigkeit (21) des Antriebsmotors (3) überbrückt und sich an der anderen Seitenfläche (18, 16) anlegt und erst dann eine Erhöhung auf eine zweite Drehge- schwindigkeit (22) erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei in Schritt c) zusätzlich ein zweites Spiel (23) mindestens einer Übersetzung (24) zwischen dem Antriebsmotor (3) und der ersten Scheibe (6) berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ver fahren durchgeführt wird, wenn der Aktuator (1) in einen mechanischen Endanschlag (25) verfahren wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ver fahren durchgeführt wird, wenn der Aktuator (1) aus einem mechanischen Endanschlag (25) in eine Position (19) verfahren wird, die einer Drehmo mentanforderung der Kupplung (2) entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ver fahren bei einem Schließen der Kupplung (2) durchgeführt wird, wobei während Schritt d) die erste Drehgeschwindigkeit (21) konstant ist. 6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei die erste Drehgeschwindigkeit (21) in einem Übertragungsbereich (26) der Kupplung (2) konstant ist, in dem zwischen 5 und 15 Newtonmeter übertragbar sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ver fahren in Abhängigkeit von einem Betrag eines mit einer Drehmomentan forderung angeforderten Drehmoments abwählbar ist.

Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei der Betrag des angeforderten Drehmoments mindestens 50 Newtonmeter beträgt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ver fahren bei einem Öffnen der Kupplung (2) durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei ein Öffnen der Kupplung (2) mit einer dritten Drehgeschwindigkeit (27) des Antriebsmotors (3) erfolgt, wo- bei unmittelbar vor Erreichen eines Kisspoints der Kupplung (2) der An triebsmotor (3) eine gegenüber der dritten Drehgeschwindigkeit (27) redu- zierte vierte Drehgeschwindigkeit (28) aufweist. 11. Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei während des Abbremsens des elektrischen Antriebsmotors (3) die dritte Drehgeschwindigkeit (27) der ers- ten Scheibe (6) exponentiell abnimmt.

12. Verfahren nach Patentanspruch 11, wobei die exponentielle Abnahme der dritten Drehgeschwindigkeit (27) in einem Übertragungsbereich (26) der Kupplung (2) erfolgt, in dem zwischen 5 und 15 Newtonmeter übertragbar sind.

13. Kraftfahrzeug (29), zumindest aufweisend einen Antriebsmotor (3), eine Kupplung (2) sowie einen Aktuator (1) für die Kupplung (2), wobei der Ak tuator (1) einen elektrischen Antriebsmotor (3) und eine Steuereinrichtung (4), einen Rampenmechanismus (5) mit einer drehbaren ersten Scheibe (6), die erste Rampen (7) aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung (8, 13) verlagerbaren zweiten Scheibe (9), die zweite Rampen (10) aufweist, und Kugeln (11), die in den ersten Rampen (7) und zweiten Rampen (10) zwischen den Scheiben (6, 9) angeordnet sind, sowie mindestens einer Fe- der (12) zur Verlagerung der zweiten Scheibe (9) entlang der axialen Rich tung (8, 13), aufweist; wobei die Steuereinrichtung (4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche geeignet ist.

Description:
Verfahren zur Steuerung eines Aktuators für eine Kupplung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Aktuators für eine Kupplung, insbesondere für eine Lamellenkupplung, bevorzugt für eine Kupplung, die an einer Seitenwelle eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, so dass durch das Schließen der Kupplung die ganze Achse (hier wird die aktuierte Kupp- lung als Booster bezeichnet) oder auch nur ein Rad (hier wird die aktuierte Kupp- lung als Twinster bezeichnet) des Kraftfahrzeuges mit einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeuges drehmomentübertragend verbunden wird. Der Aktuator ist ein elektromechanischer Aktuator.

Der Aktuator umfasst einen elektrischen Antriebsmotor und eine Steuereinrich tung, einen Rampenmechanismus mit einer drehbaren ersten Scheibe (Stellring), die erste Rampen (Rillen) aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung ver- lagerbaren zweiten Scheibe (Stellring), die zweite Rampen (Rillen) aufweist, und Kugeln, die in den ersten Rampen und zweiten Rampen zwischen den Scheiben angeordnet sind sowie mindestens einer Feder zur Verlagerung der zweiten Scheibe entlang der axialen Richtung, aufweist. Der Aufbau einer Kupplung und eines Aktuators ist z. B. aus der DE 100 65 355 C2 bekannt. Dort liegt der Fokus darauf, für den Aktuator einen schnellen Rück lauf mit einem gedämpften Anschlagverhalten zu realisieren. Dafür wird der Elektromotor angepasst betrieben, so dass kurz vor Erreichen einer Ausgangsstel lung zur Erzeugung eines Bremsmomentes der Elektromotor entweder kurzge- schlossen oder eine positive Spannung an dem Elektromotor angelegt wird. Damit soll ein Anschlägen der Kugeln an den Rillenenden der Stellringe gedämpft und ein so erzeugter harter Stoß verhindert werden.

Der Komfort eines Kraftfahrzeugs soll stets verbessert werden. Insbesondere sind möglichst alle im Betrieb des Kraftfahrzeugs für einen Insassen des Kraftfahrzeu- ges hörbare Geräusche und spürbare Betriebskräfte aus dem Antriebsstrang zu reduzieren oder zu vermeiden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusam- menhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Steuerung eines Aktuators für eine Kupplung vorgeschlagen werden, durch das eine weitere Reduzierung der hörbaren Geräusche oder spürbaren Betriebskräfte ermöglicht wird. Hierzu trägt ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bei. Vor teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sach verhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Aktuators einer Aktuatoreinrichtung vorgeschlagen, wobei die Aktuatoreinrichtung zumindest eine Kupplung und ei nen Aktuator aufweist. Der Aktuator umfasst zumindest

· einen elektrischen Antriebsmotor und eine Steuereinrichtung,

• einen Rampenmechanismus mit einer drehbaren ersten Scheibe, die erste Rampen aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung verlagerbaren zweiten Scheibe, die zweite Rampen aufweist, und Kugeln, die in den ersten Rampen und zweiten Rampen zwischen den Scheiben angeordnet sind, · mindestens eine Feder zur Verlagerung der zweiten Scheibe entlang der axialen Richtung.

Die erste Scheibe ist über den Antriebsmotor drehbar und durch den Rampenme chanismus damit die zweite Scheibe entlang einer ersten axialen Richtung zur Betätigung der Kupplung verlagerbar. Die zweite Scheibe ist durch die mindes- tens eine Feder entlang einer zweiten axialen Richtung verlagerbar und damit die erste Scheibe drehbar.

Die zweite Scheibe ist über einen Zapfen, der mit einer Nut an der zweiten Schei- be zusammenwirkt, gegenüber einer Drehung in einer Umfangsrichtung gesichert. Der Zapfen stützt sich zumindest in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der ers- ten Scheibe an einer, in eine erste Umfangsrichtung weisende, erste Seitenfläche oder an einer, in eine zweite Umfangsrichtung weisende, zweiten Seitenfläche der Nut ab.

Das Verfahren umfasst bei einem bevorstehenden Abbremsen einer Drehbewe- gung des Antriebsmotors oder einer Umkehrung der Drehbewegung des An triebsmotors zumindest die folgenden Schritte:

a) Feststellen einer aktuell vorliegenden Drehrichtung der ersten Scheibe und Bestimmen der Seitenfläche, an der der Zapfen sich während der Drehung der ersten Scheibe abstützt; und

zumindest eines von:

b) Ermittlung einer Vorspannkraft der mindestens einen Feder in Abhängigkeit von einer Position der zweiten Scheibe entlang der axialen Richtung; und c) Ermittlung eines ersten Spiels zwischen dem Zapfen und der ersten Seiten fläche sowie der zweiten Seitenfläche; und

danach:

d) Reduzieren einer Dynamik des elektrischen Antriebsmotors durch die Steu ereinrichtung zumindest in Abhängigkeit von zumindest der ermittelten Vorspannkraft oder des ersten Spiels, so dass während eines Abbremsens der Zapfen ausschließlich die in Schritt a) festgestellte Seitenfläche kontak tiert oder so dass bei einer Umkehrung der Drehbewegung der Zapfen das erste Spiel mit einer reduzierten ersten Drehgeschwindigkeit des An triebsmotors überbrückt und sich an der anderen Seitenfläche anlegt und erst dann eine Erhöhung auf eine zweite Drehgeschwindigkeit erfolgt. Die erste Scheibe ist drehfest mit einer Antriebswelle des Antriebsmotors verbun den. Es können eine oder mehrere Übersetzungen (z. B. Zahnradpaarungen) zwi- schen der ersten Scheibe und dem Antriebsmotor vorgesehen sein. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind insbesondere koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Scheibe über den Antriebsmotor drehbar und die zweite Scheibe über den Rampenmechanismus entlang der ersten axialen Rich tung (also weg von der ersten Scheibe) verlagerbar sind. Weiter ist eine Feder insbesondere zwischen der zweiten Scheibe und der Kupplung vorgesehen, durch die die zweite Scheibe entlang der zweiten axialen Richtung (also hin zur ersten Scheibe) rückverlagerbar ist. Die Feder kann z. B. als eine oder eine Mehrzahl von Spiralfedern ausgeführt sein, die sich entlang der Umfangsrichtung erstre cken. Die Feder kann als Axialfeder ausgeführt sein, die bei einem selbsthem mungsfreien Rampenmechanismus die zweite Scheibe entlang der zweiten axialen Richtung zurückdrücken kann.

Die Scheiben weisen jeweils insbesondere eine Mehrzahl von Rampen (Rillen) auf, die sich entlang einer Umfangsrichtung erstrecken, wobei insbesondere in jeder Rampenpaarung (eine erste Rampe und eine zweite Rampe) eine Kugel an- geordnet ist, die entlang der Rampen verschiebbar ist. Die Drehung der ersten Scheibe bzw. die auf die zweite Scheibe wirkende Rückstellkraft führt zu einer Verlagerung der Kugeln entlang der Umfangsrichtung in der jeweiligen Rampen paarung, so dass ein Abstand zwischen erster Scheibe und zweiter Scheibe verän dert wird.

Über die Verlagerung der zweiten Scheibe entlang der axialen Richtung kann die Kupplung betätigt (eingerückt oder ausgerückt) werden.

Die zweite Scheibe ist über einen Zapfen gegenüber einer Drehung in der Um- fangsrichtung festgelegt bzw. gesichert. Insbesondere erstreckt sich der Zapfen entlang einer radialen Richtung von außen nach innen in eine Nut an der zweiten Scheibe.

Zwischen Nut und Zapfen ist ein erstes Spiel (also ein Unterschied zwischen ei- nem Durchmesser des Zapfens und einem Abstand von erster Seitenfläche zu zweiter Seitenfläche) vorgesehen, das insbesondere zwischen 0,05 Millimetern und 1,0 Millimeter beträgt, insbesondere höchstens 0,5 Millimeter.

Infolge der starken Beschleunigung des Antriebsmotors und der erreichbaren ho- hen Drehgeschwindigkeiten kann es im Betrieb von (herkömmlichen) Aktua toreinrichtungen dazu kommen, dass das Anschlägen des Zapfens an der jeweili gen Seitenfläche ein Klopfgeräusch verursacht. Weiterhin kann gerade beim Ab bremsen des Antriebsmotors ausgehend von hohen Drehgeschwindigkeiten ein Unterschwingen und/oder Überschwingen und damit eine Umkehrung der Be- schleunigungskräfte auftreten, so dass gerade im schwach federvorgespannten Bereich (insbesondere bei progressiver Federkennlinie der eingesetzten Feder) eine Schwingungserregung erfolgt und damit Geräusche zwischen Zapfen und zweiter Scheibe erzeugt werden. Insbesondere wird die Feder mit zunehmender Verlagerung der zweiten Scheibe entlang der ersten axialen Richtung zunehmend verspannt, wobei der schwach federvorgespannte Bereich dann vorliegt, wenn die zweite Scheibe möglichst weit entlang der zweiten axialen Richtung verlagert angeordnet ist (Kupplung ausge rückt bzw. geöffnet).

Zur Vermeidung dieser Geräusche wird insbesondere vorgeschlagen, eine Dyna mik (Drehgeschwindigkeit, Beschleunigung bzw. Abbremsen) des elektrischen Antriebsmotors durch die Steuereinrichtung zumindest in Abhängigkeit von zu mindest der ermittelten Vorspannkraft oder des ersten Spiels zu reduzieren, so dass während eines Abbremsens des Antriebsmotors der Zapfen ausschließlich die in Schritt a) festgestellte Seitenfläche kontaktiert oder so dass bei einer Umkeh- rung der Drehbewegung der Zapfen das erste Spiel mit einer reduzierten ersten Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors überbrückt und sich an der anderen Sei- tenfläche anlegt und erst dann eine Erhöhung auf eine zweite Drehgeschwindig- keit erfolgt.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass bei einer Endanschlagsdetektion der Aktu- ator in einen mechanischen Endanschlag (z. B. wenn die Kugel an das Ende zu- mindest einer der Rampen anstößt) gefahren wird, wobei das Verfahren die Be- schleunigung (bzw. das Abbremsen) und die Drehgeschwindigkeit so regelt, dass der Zapfen nicht an die andere Seitenfläche anstößt.

Die Endanschlagsdetektion kann bei einer Aufnahme des Betriebs des Aktuators angefahren werden. Bei der Aufnahme des Betriebs des Aktuators ist die Kupp- lung insbesondere ausgerückt (geöffnet) und wird zur Ermittlung einer eindeuti- gen Position des Aktuators zunächst in den Endanschlag gefahren.

Sobald der Endanschlag detektiert ist und die eindeutige Position des Aktuators ermittelt wurde, kann die Kupplung bis zum Erreichen des Kisspoints eingerückt (geschlossen) werden. Der„Kisspoint“ ist insbesondere der Betriebspunkt einer Kupplung, bei der gerade ein Drehmoment durch die Kupplung übertragen wer den kann.

Aufgrund der vorherigen Endanschlagsdetektion liegt der Zapfen noch an der ei- nen Seitenfläche an. Sobald die Drehrichtung des Antriebsmotors umgedreht wird, wird der Zapfen (auch in Abhängigkeit von der Vorspannung der Feder) das erste Spiel überbrücken und die andere Seitenfläche kontaktieren. Durch das Ver fahren wird dieser Umstand berücksichtigt und die Drehbewegung des An triebsmotors mit reduzierter erster Drehgeschwindigkeit bzw. reduzierter Be schleunigung durchgeführt. Erst nach Kontaktierung der anderen Seitenfläche erfolgt die Erhöhung auf die zweite Drehgeschwindigkeit bzw. auf eine höhere Beschleunigung des Antriebsmotors. Dieses Anfahren mit reduzierter Dynamik kann auch dann durchgeführt werden, wenn die Kupplung in dem Zeitpunkt einer Drehmomentanforderung in einem Bereich um den Kisspoint angeordnet ist. Da hier insbesondere eine geringe Fe- dervorspannung vorliegt, kann die Lage des Zapfens gegenüber den Seitenflächen unbestimmt sein. Das Anfahren des Antriebsmotors mit reduzierter Dynamik er möglicht auch hier ein Anlegen des Zapfens an die betreffende Seitenfläche, wo bei das Erzeugen von Geräuschen vermieden wird. Das Verfahren ist auch beim Ausrücken (Öffnen) der Kupplung einsetzbar. Insbe- sondere führen die bisher vorliegenden hohen Beschleunigungen (Abbremsungen) zu Unterschwingungen. Infolge der starken Abbremsung wird eine Umkehrung der Beschleunigungskräfte erzielt, so dass insbesondere im schwach federvorge- spannten Bereich Schwingungen angeregt und Geräusche zwischen Zapfen und Seitenflächen erzeugt werden. Weiter kann die Feder der Dynamik des An triebsmotors nicht folgen, so dass die Feder kurzzeitig abhebt und auf der zweiten Scheibe oder der Kupplung aufschlägt und zusätzliche Geräusche erzeugt.

Das Verfahren ermöglicht ein Abbremsen des Antriebsmotors und damit des Ak- tuators ohne Unterschwingungen und Kräfteumkehrung. Dabei wird die für den beabsichtigten Drehmomentabfall benötigte Zeit durch das vorliegend beschrie bene Verfahren jedoch insbesondere nicht beeinflusst (also verlängert).

In Schritt c) kann zusätzlich ein zweites Spiel mindestens einer Übersetzung zwi- sehen dem Antriebsmotor und der ersten Scheibe berücksichtigt werden. Das zweite Spiel umfasst insbesondere das Spiel von Zahnradpaarungen, die die min destens eine Übersetzung ausbilden. Insbesondere kann auch hier mit einer ver ringerten Dynamik des Antriebsmotors abgebremst oder beschleunigt bzw. ange fahren werden, so dass eine sichere Anlage der einander kontaktierenden Flächen (wenn die Aktuatoreinrichtung in einer Drehrichtung betrieben wird) sicherge stellt wird. Insbesondere wird das Verfahren durchgeführt, wenn der Aktuator in einen me chanischen Endanschlag verfahren wird. Der mechanische Endanschlag ist insbe- sondere dann erreicht, wenn die Kugel(.n) an das Ende zumindest einer der Ram- pen anstößt) gefahren wird, wobei das Verfahren die Beschleunigung (bzw. das Abbremsen) und die Drehgeschwindigkeit so regelt, dass der Zapfen nicht an die andere Seitenfläche anstößt.

Das Verfahren kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn der Aktuator aus einem mechanischen Endanschlag in eine erste Position verfahren wird, die einer Drehmomentanforderung der Kupplung entspricht. Die erste Position kann insbesondere der Kisspoint der Kupplung sein oder eine erste Position, bei der ein definierte Drehmoment über die Kupplung übertragbar ist. Das Verfahren kann bei einem Schließen (Einrücken) der Kupplung durchgeführt werden, wobei während Schritt d) die erste Drehgeschwindigkeit konstant ist.

Insbesondere wird bei einem Schließen der Kupplung bis zum Erreichen und ggf. Durchfahren eines Übertragungsbereichs der Kupplung, in dem zwischen 5 und 15 Newtonmeter, insbesondere zwischen 7 und 12 Newtonmeter, übertragbar sind, der Antriebsmotor mit einer (ggf. variierenden) ersten Drehgeschwindigkeit betrieben, wobei der Antriebsmotor erst danach auf eine zweite Drehgeschwin digkeit beschleunigt wird. Bevorzugt ist die erste Drehgeschwindigkeit in einem Übertragungsbereich der Kupplung konstant, in dem zwischen 5 und 15 Newtonmeter, insbesondere zwi- schen 7 und 12 Newtonmeter, übertragbar sind.

Wird die Kupplung über diesen Übertragungsbereich weiter eingerückt (hin zu höheren übertragbaren Drehmomenten) wird der Antriebsmotor insbesondere auf eine zweite Drehgeschwindigkeit beschleunigt. Insbesondere ist die zweite Drehgeschwindigkeit um einen Faktor von mindestens zwei, bevorzugt drei, größer als die erste Drehgeschwindigkeit. Das Verfahren kann in Abhängigkeit von einem Betrag eines mit einer Drehmo- mentanforderung angeforderten Drehmoments abwählbar sein.

Insbesondere beträgt der Betrag des angeforderten Drehmoments mindestens 50 Newtonmeter, bevorzugt mindestens 100 Newtonmeter.

Wenn das Verfahren abgewählt wird, wird der Antriebsmotor unmittelbar auf die zweite Drehgeschwindigkeit beschleunigt, so dass in diesen Situationen eine höchstmögliche Dynamik, die ein Beschleunigungsruck erzeugt, ausgenutzt wer den kann.

Das Verfahren kann bei einem Öffnen der Kupplung durchgeführt werden. Insbe- sondere führen die bisher bei Aktuatorseinrichtungen eingesetzten hohen Be- schleunigungen (Abbremsungen) zu Unterschwingungen. Infolge der starken Ab- bremsung wird eine Umkehrung der Beschleunigungskräfte erzielt, so dass insbe- sondere im schwach federvorgespannten Bereich Schwingungen angeregt und Geräusche zwischen Zapfen und Seitenflächen erzeugt werden. Weiter kann die Feder der Dynamik des Antriebsmotors nicht folgen, so dass die Feder kurzzeitig abhebt und auf der zweiten Scheibe oder der Kupplung aufschlägt und zusätzliche Geräusche erzeugt.

Ein Öffnen der Kupplung kann mit einer dritten Drehgeschwindigkeit des An triebsmotors erfolgen, wobei unmittelbar vor Erreichen eines Kisspoints der Kupplung der Antriebsmotor eine gegenüber der dritten Drehgeschwindigkeit reduzierte vierte Drehgeschwindigkeit aufweist. Die dritte Drehgeschwindigkeit ist insbesondere um einen Faktor von zwei, insbe- sondere von drei, größer als die vierte Drehgeschwindigkeit.

Bevorzugt nimmt während des Abbremsens des elektrischen Antriebsmotors eine dritte Drehgeschwindigkeit der ersten Scheibe exponentiell ab.

Insbesondere erfolgt die exponentielle Abnahme der dritten Drehgeschwindigkeit in einem Übertragungsbereich der Kupplung, in dem zwischen 5 und 15 Newton meter, insbesondere zwischen 7 und 12 Newtonmeter, übertragbar sind.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine An triebseinheit (eine Verbrennungskraftmaschine oder eine elektrische Antriebsein heit, jeweils zum Antrieb des Kraftfahrzeugs), eine Kupplung sowie einen Aktua tor für die Kupplung. Der Aktuator umfasst einen elektrischen Antriebsmotor und eine Steuereinrichtung, einen Rampenmechanismus mit einer drehbaren ersten Scheibe, die erste Rampen aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung ver lagerbaren zweiten Scheibe, die zweite Rampen aufweist, und Kugeln, die in den ersten Rampen und zweiten Rampen zwischen den Scheiben angeordnet sind, sowie mindestens eine Feder zur Verlagerung der zweiten Scheibe entlang der axialen Richtung. Die Steuereinrichtung ist zur Durchführung des hier beschrie benen Verfahrens geeignet bzw. kann das hier beschriebene Verfahren im Betrieb des Kraftfahrzeugs ausführen.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“,„zwei te“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegen ständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Fi- guren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinie- ren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläu- terungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 : ein Kraftfahrzeug mit einem Aktuator und einem Teil einer Kupplung in einer Seitenansicht sowie mit einer Steuereinrichtung;

Fig. 2: den Aktuator und den Teil der Kupplung in einer anderen Seitenan sicht, teilweise im Schnitt;

Fig. 3: eine zweite Scheibe des Aktuators in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 4: einen Teil der zweiten Scheibe nach Fig. 3 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung zusammen mit dem Zapfen, in einer Explosions- darstellung;

Fig. 5: eine erste Ausführungsvariante des Verfahrens; und Fig. 6: eine zweite Ausführungsvariante des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 29 mit einem Aktuator 1 und einem Teil einer Kupplung 2 in einer Seitenansicht sowie mit einer Steuereinrichtung 4. Fig. 2 zeigt den Aktuator 1 und den Teil der Kupplung 2 in einer anderen Seitenansicht, teilweise im Schnitt. Die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrie- ben. Der hier dargestellte Aufbau einer Kupplung 2 und eines Aktuators 1 ist z. B. aus der DE 100 65 355 C2 bekannt. Der Aktuator 1 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 3 und eine Steuerein richtung 4, einen Rampenmechanismus 5 mit einer drehbaren ersten Scheibe 6, die erste Rampen 7 aufweist, einer nur entlang einer axialen Richtung 8, 13 verla gerbaren zweiten Scheibe 9, die zweite Rampen 10 aufweist, und Kugeln 11, die in den ersten Rampen 7 und zweiten Rampen 10 zwischen den Scheiben 6, 9 an- geordnet sind sowie einer Feder 12 zur Verlagerung der zweiten Scheibe 9 entlang der axialen Richtung 8, 13.

Die erste Scheibe 6 ist über den Antriebsmotor 3 drehbar und durch den Ram penmechanismus 5 damit die zweite Scheibe 9 entlang einer ersten axialen Rich- tung 8 zur Betätigung der Kupplung 2 verlagerbar. Die zweite Scheibe 9 ist durch die Feder 12 entlang einer zweiten axialen Richtung 13 verlagerbar und damit die erste Scheibe 6 drehbar.

Die erste Scheibe 6 ist drehfest mit einer Antriebswelle des Antriebsmotors 3 ver- bunden. Es sind zwei Übersetzungen (zwei Zahnradpaarungen) zwischen der ers ten Scheibe 6 und dem Antriebsmotor 3 vorgesehen. Die erste Scheibe 6 und die zweite Scheibe 9 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Scheibe 6 über den Antriebsmotor 3 drehbar und die zweite Scheibe 9 über den Rampenme chanismus 5 entlang der ersten axialen Richtung 8 (also weg von der ersten Scheibe 6) verlagerbar ist. Weiter ist eine Feder 12 zwischen der zweiten Scheibe 9 und der Kupplung 2 vorgesehen, durch die die zweite Scheibe 9 entlang der zweiten axialen Richtung 13 (also hin zur ersten Scheibe 6) rückverlagerbar ist.

Die Scheiben 6, 9 weisen jeweils eine Mehrzahl von Rampen 7, 10 (Rillen) auf, die sich entlang einer Umfangsrichtung 15, 17 erstrecken, wobei in jeder Ram penpaarung (eine erste Rampe 7 und eine zweite Rampe 10) eine Kugel 11 ange- ordnet ist, die entlang der Rampen 7, 10 verschiebbar ist. Die Drehung der ersten Scheibe 6 bzw. die auf die zweite Scheibe 9 wirkende Rückstellkraft führt zu ei- ner Verlagerung der Kugeln 11 entlang der Umfangsrichtung 15, 17 in der jewei- ligen Rampenpaarung, so dass ein Abstand zwischen erster Scheibe 6 und zweiter Scheibe 9 verändert wird. Über die Verlagerung der zweiten Scheibe 9 entlang der axialen Richtung 8, 13 kann die Kupplung 2 betätigt (eingerückt oder ausgerückt) werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Scheibe 9 des Aktuators 1 in einer perspektivischen An- sicht. Fig. 4 zeigt einen Teil der zweiten Scheibe 9 nach Fig. 3 in einer Ansicht entlang der axialen Richtung 8 zusammen mit dem Zapfen 14, in einer Explosi- onsdarstellung. Die Fig. 3 und 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 wird verwiesen. Auf die Fig. 1 und 2 wird im Folgenden ebenfalls Bezug genommen.

Die zweite Scheibe 9 ist über einen Zapfen 14, der mit einer Nut 30 an der zwei- ten Scheibe 9 zusammenwirkt, gegenüber einer Drehung in beiden Umfangsrich tungen 15, 17 gesichert. Der Zapfen 14 stützt sich zumindest in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der ersten Scheibe 6 an einer, in eine erste Umfangsrichtung 15 weisende, ersten Seitenfläche 16 oder an einer, in eine zweite Umfangsrichtung

17 weisende, zweiten Seitenfläche 18 der Nut 30 ab. Der Zapfen 14 erstreckt sich entlang einer radialen Richtung 31 von außen nach innen in die Nut 30 an der zweiten Scheibe 9. Zwischen Nut 30 und Zapfen 14 ist ein erstes Spiel 20 (also ein Unterschied zwi- schen einem Durchmesser 32 des Zapfens 14 und einem Abstand 33 von erster Seitenfläche 16 zu zweiter Seitenfläche 18) vorgesehen.

Das Verfahren umfasst bei einem bevorstehenden Abbremsen einer Drehbewe- gung des Antriebsmotors 3 oder einer Umkehrung der Drehbewegung des An triebsmotors 3 zumindest die Schritte a) bis d). In Schritt a) erfolgt das Feststellen einer aktuell vorliegenden Drehrichtung der ersten Scheibe 6 und das Bestimmen der Seitenfläche 16, 18, an der der Zapfen 14 sich während der Drehung der ersten Scheibe 6 abstützt. Gemäß Schritt b) erfolgt die Ermittlung einer Vorspannkraft der Feder 12 in Abhängigkeit von einer Position 19 der zweiten Scheibe 9 entlang der axialen Richtung 8, 13. Gemäß Schritt c) erfolgt die Ermittlung eines ersten Spiels 20 zwischen dem Zapfen 14 und der ersten Seitenfläche 16 sowie der zwei- ten Seitenfläche 18. In Schritt c) kann zusätzlich ein zweites Spiel 23 der Überset zung 24 zwischen dem Antriebsmotor 3 und der ersten Scheibe 6 berücksichtigt werden. Das zweite Spiel 23 umfasst das Spiel von Zahnradpaarungen, die die Übersetzung 24 ausbilden. Dabei kann auch hier mit einer verringerten Dynamik des Antriebsmotors 3 abgebremst oder beschleunigt bzw. angefahren werden, so dass eine sichere Anlage der einander kontaktierenden Flächen (wenn die Aktua toreinrichtung in einer Drehrichtung betrieben wird) sichergestellt wird. Gemäß Schritt d) erfolgt ein Reduzieren einer Dynamik des elektrischen Antriebsmotors 3 durch die Steuereinrichtung 4 zumindest in Abhängigkeit von zumindest der er mittelten Vorspannkraft oder des ersten Spiels 20, so dass während eines Abbrem- sens der Zapfen 14 ausschließlich die in Schritt a) festgestellte Seitenfläche 16, 18 kontaktiert oder so dass bei einer Umkehrung der Drehbewegung der Zapfen 14 das erste Spiel 20 mit einer reduzierten ersten Drehgeschwindigkeit 21 (siehe Fig. 5) des Antriebsmotors 3 überbrückt und sich an der anderen Seitenfläche 16 an legt und erst dann eine Erhöhung auf eine zweite Drehgeschwindigkeit 22 erfolgt.

Infolge der starken Beschleunigung des Antriebsmotors 3 und der erreichbaren hohen Drehgeschwindigkeiten 21, 22, 27, 28 kann es im Betrieb von Aktuatorein- richtungen dazu kommen, dass das Anschlägen des Zapfens 14 an der jeweiligen Seitenfläche 16, 18 ein Klopfgeräusch verursacht. Weiterhin kann gerade beim Abbremsen des Antriebsmotors 3 ausgehend von hohen Drehgeschwindigkeiten 21, 22, 27, 28 ein Unterschwingen und/oder Überschwingen und damit eine Um kehrung der Beschleunigungskräfte auftreten, so dass gerade im schwach feder- vorgespannten Bereich (insbesondere bei progressiver Federkennlinie der einge setzten Feder 12) eine Schwingungserregung erfolgt und damit Geräusche zwi- sehen Zapfen 14 und zweiter Scheibe 9 erzeugt werden. Die Feder 12 wird hier mit zunehmender Verlagerung der zweiten Scheibe 9 entlang der ersten axialen Richtung 8 zunehmend verspannt, wobei der schwach federvorgespannte Bereich dann vorliegt, wenn die zweite Scheibe 9 möglichst weit entlang der zweiten axia- len Richtung 13 verlagert angeordnet ist (Kupplung 2 ausgerückt bzw. geöffnet).

Zur Vermeidung dieser Geräusche wird vorgeschlagen, eine Dynamik (Drehge- schwindigkeit, Beschleunigung bzw. Abbremsen) des elektrischen Antriebsmotors 3 durch die Steuereinrichtung 4 zumindest in Abhängigkeit von zumindest der ermittelten Vorspannkraft oder des ersten Spiels 20 zu reduzieren.

Bei einer Endanschlagsdetektion wird der Aktuator 1 in einen mechanischen End- anschlag 25 (z. B. wenn die Kugel 11 an das Ende zumindest einer der Rampen 7, 10 anstößt) gefahren wird, wobei das Verfahren die Beschleunigung (bzw. das Abbremsen) und die Drehgeschwindigkeit 21, 22, 27, 28 so regelt, dass der Zap fen 14 nicht an die andere Seitenfläche 16, 18 anstößt.

Die Endanschlagsdetektion kann bei einer Aufnahme des Betriebs des Aktuators 1 angefahren werden. Bei der Aufnahme des Betriebs des Aktuators 1 ist die Kupp- lung 2 insbesondere ausgerückt (geöffnet) und wird zur Ermittlung einer eindeuti gen Position 19 des Aktuators 1 zunächst in den Endanschlag 25 gefahren.

Sobald der Endanschlag 25 detektiert ist und die eindeutige Position 19 des Aktu ators 1 ermittelt wurde, kann die Kupplung 2 z. B. bis zum Erreichen einer ersten Position 19 verfahren werden.

Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsvariante des Verfahrens. In dem Diagramm ist auf der vertikalen Achse eine Drehbewegung des Antriebsmotors 3 in Winkel schritten 34 (z. B. jeweils 2, 4, 6 oder 8, etc. Winkelgrad) aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 35 aufgetragen. Der erste Verlauf 36 zeigt die be- kannte Betriebsart des Aktuators 1. Der zweite Verlauf 37 zeigt den Betrieb des Aktuators nach dem Verfahren.

Aufgrund der vorherigen Endanschlagsdetektion 25 liegt der Zapfen 14 noch an der einen Seitenfläche 16, 18 an. Sobald die Drehrichtung des Antriebsmotors 3 umgedreht wird, wird der Zapfen 14 (auch in Abhängigkeit von der Vorspannung der Feder 12) das erste Spiel 20 überbrücken und die andere Seitenfläche 18, 16 kontaktieren. Durch das Verfahren wird dieser Umstand berücksichtigt und die Drehbewegung des Antriebsmotors 3 mit reduzierter erster Drehgeschwindigkeit 21 bzw. reduzierter Beschleunigung durchgeführt. Erst nach Kontaktierung der anderen Seitenfläche 16, 18 erfolgt die Erhöhung auf die zweite Drehgeschwin digkeit 22 bzw. auf eine höhere Beschleunigung des Antriebsmotors 3.

Das Verfahren wird hier bei einem Schließen (Einrücken) der Kupplung 2 durch- geführt werden, wobei während Schritt d) die erste Drehgeschwindigkeit 21 kon stant ist. Hier wird bei dem Schließen der Kupplung 2 bis zum Erreichen und Durchfahren eines Übertragungsbereichs 26 der Kupplung 2 der Antriebsmotor 3 mit einer konstanten ersten Drehgeschwindigkeit 21 betrieben, wobei der An triebsmotor 3 erst danach auf eine zweite Drehgeschwindigkeit 22 beschleunigt wird.

Dieses Anfahren mit reduzierter Dynamik kann auch dann durchgeführt werden, wenn die Kupplung 2 in dem Zeitpunkt einer Drehmomentanforderung in einem Bereich um den Kisspoint angeordnet ist. Da hier insbesondere eine geringe Fe- dervorspannung vorliegt, kann die Lage des Zapfens 14 gegenüber den Seitenflä chen 16, 18 unbestimmt sein. Das Anfahren des Antriebsmotors 3 mit reduzierter Dynamik ermöglicht auch hier ein Anlegen des Zapfens 14 an die betreffende Seitenfläche 16, 18, wobei das Erzeugen von Geräuschen vermieden wird. Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des Verfahrens. In dem Diagramm ist auf der vertikalen Achse eine Drehbewegung des Antriebsmotors 3 in Winkel- schritten 34 (z. B. jeweils 2, 4, 6 oder 8, etc. Winkelgrad) aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 35 aufgetragen. Der erste Verlauf 36 zeigt die be- kannte Betriebsart des Aktuators 1. Der zweite Verlauf 37 zeigt den Betrieb des Aktuators nach dem Verfahren.

Das Verfahren ist beim Ausrücken (Öffnen) der Kupplung 2 dargestellt. Das Ver fahren ermöglicht ein Abbremsen des Antriebsmotors 3 und damit des Aktuators

1 ohne Unterschwingungen und Kräfteumkehrung. Ein Öffnen der Kupplung 2 erfolgt mit einer dritten Drehgeschwindigkeit 27 des Antriebsmotors, wobei un- mittelbar vor Erreichen eines Kisspoints (hier die erste Position 19) der Kupplung

2 der Antriebsmotor 3 eine gegenüber der dritten Drehgeschwindigkeit 27 redu- zierte vierte Drehgeschwindigkeit 28 aufweist. Während des Abbremsens des elektrischen Antriebsmotors 3 nimmt eine dritte Drehgeschwindigkeit 27 der ers- ten Scheibe 6 exponentiell ab. Die exponentielle Abnahme der dritten Drehge- schwindigkeit 27 erfolgt in einem Übertragungsbereich 26 der Kupplung 2.

Bezugszeichenliste

I Aktuator

2 Kupplung

3 Antriebsmotor

4 Steuereinrichtung

5 Rampenmechanismus

6 erste Scheibe

7 erste Rampe

8 erste axiale Richtung

9 zweite Scheibe

10 zweite Rampe

I I Kugeln

12 Feder

13 zweite axiale Richtung

14 Zapfen

15 erste Umfangsrichtung

16 erste Seitenfläche

17 zweite Umfangsrichtung

18 zweite Seitenfläche

19 Position

20 erstes Spiel

21 erste Drehgeschwindigkeit

22 zweite Drehgeschwindigkeit

23 zweites Spiel

24 Übersetzung

25 Endanschlag

26 Übertragungsbereich

27 dritte Drehgeschwindigkeit

28 vierte Drehgeschwindigkeit 29 Kraftfahrzeug

30 Nut

31 radiale Richtung

32 Durchmesser 33 Abstand

34 Winkelschritt

35 Zeit

36 erster Verlauf

37 zweiter Verlauf