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DE102023207175B3 - Method for determining a synchronization point of a coupling process of a claw clutch - Google Patents

Method for determining a synchronization point of a coupling process of a claw clutch Download PDF

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DE102023207175B3
DE102023207175B3 DE102023207175.4A DE102023207175A DE102023207175B3 DE 102023207175 B3 DE102023207175 B3 DE 102023207175B3 DE 102023207175 A DE102023207175 A DE 102023207175A DE 102023207175 B3 DE102023207175 B3 DE 102023207175B3
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torque
synchronization point
clutch
electric machine
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German (de)
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Oliver Kreis
Lorena Keck
Michael Schneider
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MAGNA PT B.V. & CO. KGAA, DE
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Magna PT BV and Co KG
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Synchronisierungspunktes P_sactwährend eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung 1, wobei eine elektrische Maschine 2 über die Klauenkupplung 1 mit einer anzutreibenden Komponente antriebswirksam verbindbar ist, wobei die Klauenkupplung 1 zumindest ein erstes Kupplungselement 1a und ein axial bewegbares zweites Kupplungselement 1b aufweist, wobei die elektrische Maschine 2 drehzahlgeregelt wird und so eine vorbestimmte Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen 1a, 1b eingestellt wird und wobei die axiale Bewegung des zweiten Kupplungselements 1b der Klauenkupplung 1 in zumindest zwei Verstellphasen V1, V2 unterteilt wird, nämlich eine erste Verstellphase V1 und eine zweite Verstellphase V2, wobei über eine Bestimmung eines durchschnittlichen Drehmoments M1_av sowie eines maximalen Drehmoments M1_max der elektrischen Maschine 2 während der ersten Verstellphase V1 und über einen Vergleich der in der ersten Verstellphase V1 bestimmten Drehmomentwerte M1_av, M1_max mit einem in der zweiten Verstellphase V2 bestimmten Drehmoment M2 ein erstes Kriterium generiert wird, um einen vorläufigen Synchronisierungspunkt P_sprezu erfassen und ein zweites Kriterium generiert wird, um den vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spreals tatsächlichen Synchronisierungspunkt P_sactfestzulegen.Method for determining a synchronization point P_sact during a coupling process of a claw clutch 1, wherein an electric machine 2 can be connected in a driving manner via the claw clutch 1 to a component to be driven, the claw clutch 1 having at least a first coupling element 1a and an axially movable second coupling element 1b, the electrical Machine 2 is speed-controlled and so a predetermined differential speed between the two coupling elements 1a, 1b is set and the axial movement of the second coupling element 1b of the claw clutch 1 is divided into at least two adjustment phases V1, V2, namely a first adjustment phase V1 and a second adjustment phase V2 , whereby a first is achieved by determining an average torque M1_av and a maximum torque M1_max of the electric machine 2 during the first adjustment phase V1 and by comparing the torque values M1_av, M1_max determined in the first adjustment phase V1 with a torque M2 determined in the second adjustment phase V2 Criterion is generated to detect a preliminary synchronization point P_spre and a second criterion is generated to set the preliminary synchronization point P_spre as the actual synchronization point P_sact.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Synchronisierungspunktes während eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung, wobei eine elektrische Maschine über die Klauenkupplung mit einer anzutreibenden Komponente antriebswirksam verbindbar ist, wobei die Klauenkupplung zumindest ein erstes Kupplungselement und ein axial bewegbares zweites Kupplungselement aufweist und wobei die elektrische Maschine drehzahlgesteuert wird und so eine vorbestimmte Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen eingestellt wird.The present invention relates to a method for determining a synchronization point during a coupling process of a claw clutch, wherein an electric machine can be connected to a component to be driven via the claw clutch, wherein the claw clutch has at least a first clutch element and an axially movable second clutch element and wherein the electric machine is speed-controlled and thus a predetermined differential speed is set between the two clutch elements.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug.Furthermore, the present invention relates to the use of a method according to the invention in an electric or hybrid motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen werden zur Übertragung von Drehbewegungen bzw. Drehmomenten seitens einer elektrischen Maschine, über ein Getriebe zu einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse oftmals sogenannte Klauenkupplungen eingesetzt. Die Klauenkupplung weist zwei Kupplungselemente auf, wobei ein erstes Kupplungselement beispielsweise mit der elektrischen Maschine und das zweite Kupplungselement mit der anzutreibenden Achse des Kraftfahrzeuges antriebswirksam verbunden ist. Um die Klauenkupplung bei einem bewegten Fahrzeug verschleiß- und geräuscharm schließen zu können ist eine Drehzahl-Synchronisierung der beiden Klauenelemente von Nöten. Diese erfolgt in Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen in der Regel aktiv über die elektrische Maschine, indem eine definierte Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungselementen der Klauenkupplung eingestellt wird. D.h., um die Klauenkupplung einzukuppeln, wird die elektrische Maschine von einem Steuergerät so angesteuert, dass sich ein nahezu konstantes Differenzdrehzahlband zwischen der elektrischen Maschine und der anzutreibenden Achse des Kraftfahrzeuges ergibt.In electric and hybrid motor vehicles, so-called claw clutches are often used to transmit rotational movements or torque from an electric machine via a gearbox to a drivable motor vehicle axle. The claw clutch has two coupling elements, with a first coupling element being connected in a drive-effective manner, for example, to the electric machine and the second coupling element to the axle of the motor vehicle to be driven. In order to be able to close the claw clutch on a moving vehicle with little wear and noise, it is necessary to synchronize the speed of the two claw elements. In electric and hybrid vehicles, this is usually done actively via the electric machine by setting a defined speed difference between the clutch elements of the dog clutch. That is, in order to engage the claw clutch, the electric machine is controlled by a control device in such a way that an almost constant differential speed band results between the electric machine and the axle of the motor vehicle to be driven.

Ein „Synchronisierungspunkt“ der Klauenkupplung ist im Zuge eines Koppel- bzw. Schließvorgangs der Klauenkupplung, der Zeitpunkt, an dem ein Erstkontakt in Form eines Reib- bzw. Formschlusses der beiden Kupplungselemente der Klauenkupplung stattfindet. Bezogen auf eine oben beschriebene Anwendung der Klauenkupplung in einem Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug stellt der Synchronisierungspunkt somit den Zeitpunkt dar, ab dem die antreibende elektrische Maschine und die anzutreibende Achse des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbunden sind.A “synchronization point” of the claw clutch is, in the course of a coupling or closing process of the claw clutch, the point in time at which initial contact takes place in the form of a frictional or positive connection between the two coupling elements of the claw clutch. In relation to an application of the claw clutch in an electric or hybrid motor vehicle described above, the synchronization point therefore represents the point in time from which the driving electric machine and the axle of the motor vehicle to be driven are connected in a driving manner.

Durch eine präzise Kenntnis des Synchronisierungspunktes der Kupplungselemente der Klauenkupplung ergeben sich mehrere Vorteile, die sich positiv auf den Schaltkomfort, die Schaltzeit und das NVH („Noise Vibration Harshness“)-Verhalten während des Schaltvorgangs der Klauenkupplung auswirken.Precise knowledge of the synchronization point of the coupling elements of the dog clutch results in several advantages that have a positive effect on shifting comfort, the switching time and the NVH ("Noise Vibration Harshness") behavior during the shifting process of the dog clutch.

Das Dokument DE 10 2016 114 105 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zum Ermitteln eines Synchronpunktes einer Synchron-Schaltkupplung eines Kraftfahrzeuggetriebes, das eingangsseitig mit einer elektrischen Maschine verbunden ist und das eine Mehrzahl von Synchron-Schaltkupplungen beinhaltet, die jeweils ein mit der elektrischen Maschine verbundenes Antriebsglied und ein mit einer Ausgangswelle verbundenes Abtriebsglied aufweisen und die mittels eines zugeordneten Schaltkupplungsaktuators aus einer Öffnungsposition in eine Schließposition betätigbar sind, wobei das Verfahren die Schritte 1.) Erfassen einer Abtriebsdrehzahl des Abtriebsgliedes von einer Synchron-Schaltkupplung, deren Synchronpunkt zu ermitteln ist; 2.) Regeln einer Antriebsdrehzahl des Antriebsgliedes der Synchron-Schaltkupplung auf eine Synchronpunktermittlungsdrehzahl, die ungleich der Abtriebsdrehzahl ist; 3.) Ansteuern des Schaltkupplungsaktuators, um die Synchron-Schaltkupplung aus der Öffnungsposition in Richtung der Schließposition zu betätigen; und 4.) Ermitteln des Synchronpunktes der Synchron-Schaltkupplung, indem wenigstens ein Betriebsparameter überwacht wird, wobei der Synchronpunkt festgestellt wird, wenn der Betriebsparameter sich absolut verändert, sich relativ zu einem Betriebsparametervergleichswert verändert und/oder sich dynamisch verändert, umfasst.The document DE 10 2016 114 105 A1 For example, discloses a method for determining a synchronous point of a synchronous clutch of a motor vehicle transmission, which is connected on the input side to an electric machine and which includes a plurality of synchronous clutches, each of which has a drive member connected to the electric machine and an output member connected to an output shaft and which can be actuated from an open position into a closed position by means of an associated clutch actuator, the method comprising steps 1.) detecting an output speed of the output member of a synchronous clutch, the synchronization point of which is to be determined; 2.) regulating a drive speed of the drive member of the synchronous clutch to a synchronous point determination speed that is unequal to the output speed; 3.) Activating the shift clutch actuator to actuate the synchronous shift clutch from the open position towards the closed position; and 4.) determining the synchronization point of the synchronous clutch by monitoring at least one operating parameter, the synchronization point being determined when the operating parameter changes absolutely, changes relative to an operating parameter comparison value and / or changes dynamically.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur einfachen und exakten Bestimmung eines Synchronisierungspunktes während eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung anzugeben, über die eine antriebswirksame Verbindung zwischen einer elektrischen Maschine und einer anzutreibenden Komponente hergestellt werden kann.It is an object of the invention to provide a method for the simple and exact determination of a synchronization point during a coupling process of a claw clutch, via which a driving connection can be established between an electrical machine and a component to be driven.

Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.Furthermore, it is an object of the present invention to provide an advantageous use of the method according to the invention.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 3 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject matter of the present invention according to independent claims 1 and 3. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung eines Synchronisierungspunktes während eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung, wobei eine elektrische Maschine über die Klauenkupplung mit einer anzutreibenden Komponente antriebswirksam verbindbar ist.The method according to the invention is used to determine a synchronization point during a coupling process of a claw clutch, wherein an electric machine can be connected in a drive-effective manner via the claw clutch to a component to be driven.

Die Klauenkupplung weist erfindungsgemäß zumindest ein erstes Kupplungselement und ein axial bewegbares zweites Kupplungselement auf.According to the invention, the claw clutch has at least a first clutch element and an axially movable second clutch element.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Maschine drehzahlgeregelt - derart wird eine vorbestimmte Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen eingestellt.According to the present invention, the electric machine is speed-controlled - in this way, a predetermined differential speed is set between the two clutch elements.

Erfindungsgemäß wird die axiale Bewegung des zweiten Kupplungselements der Klauenkupplung in zumindest zwei Verstellphasen unterteilt, nämlich eine erste Verstellphase und eine zweite Verstellphase.According to the invention, the axial movement of the second coupling element of the claw clutch is divided into at least two adjustment phases, namely a first adjustment phase and a second adjustment phase.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird über eine Bestimmung eines durchschnittlichen sowie maximalen Drehmoments der elektrischen Maschine während der ersten Verstellphase und über einen Vergleich der in der ersten Verstellphase bestimmten Drehmomentwerte mit einem in der zweiten Verstellphase erfassten Drehmoment ein erstes Kriterium generiert, um einen vorläufigen Synchronisierungspunkt zu bestimmen und ein zweites Kriterium generiert, um den vorläufigen Synchronisierungspunkt als tatsächlichen Synchronisierungspunkt festzulegen.According to the present invention, a first criterion is generated by determining an average and maximum torque of the electric machine during the first adjustment phase and by comparing the torque values determined in the first adjustment phase with a torque detected in the second adjustment phase in order to determine a provisional synchronization point and generates a second criterion to set the preliminary synchronization point as the actual synchronization point.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist bei einer Koppelanforderung der Klauenkupplung bevorzugt zumindest die folgenden Schritte auf:

  • - Einstellen der vorbestimmten Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen der Klauenkupplung über die elektrische Maschine,
  • - Berechnung des durchschnittlichen Drehmoments der elektrischen Maschine in der ersten Verstellphase des zweiten Kupplungselements der Klauenkupplung,
  • - Bestimmung des maximalen Drehmoments der elektrischen Maschine in der ersten Verstellphase der Klauenkupplung,
  • - Zwischenspeicherung des berechneten durchschnittlichen Drehmoments und des bestimmten maximalen Drehmoments der elektrischen Maschine in der ersten Verstellphase der Klauenkupplung,
  • - Erfassen des Drehmoments der elektrischen Maschine während der zweiten Verstellphase der Klauenkupplung und gleichzeitiger Vergleich des erfassten Drehmoments mit dem in der ersten Verstellphase bestimmten maximalen Drehmoment,
  • - Zwischenspeicherung des Zeitpunkts und der Position des zweiten Kupplungselements bei erstmaligem Überschreiten des in der ersten Verstellphase bestimmten maximalen Drehmoments in der zweiten Verstellphase als vorläufigen Synchronisierungspunkt,
  • - Berechnung des durchschnittlichen Drehmoments in der zweiten Verstellphase ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt,
  • - Vergleich des in der zweiten Verstellphase, ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt, berechneten durchschnittlichen Drehmoments mit dem in der ersten Verstellphase berechneten und zwischengespeicherten durchschnittlichen Drehmoment,
  • - Hinterlegen des vorläufigen Synchronisierungspunkts als tatsächlichen Synchronisierungspunkt, wenn das in der zweiten Verstellphase, ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt, berechnete durchschnittliche Drehmoment um einen definierten Betrag höher ist als das in der ersten Verstellphase berechnete durchschnittliche Drehmoment.
When there is a coupling requirement for the claw clutch, the method according to the invention preferably has at least the following steps:
  • - Setting the predetermined differential speed between the two coupling elements of the claw clutch via the electric machine,
  • - Calculation of the average torque of the electric machine in the first adjustment phase of the second coupling element of the claw clutch,
  • - Determination of the maximum torque of the electric machine in the first adjustment phase of the claw clutch,
  • - intermediate storage of the calculated average torque and the determined maximum torque of the electric machine in the first adjustment phase of the claw clutch,
  • - detecting the torque of the electric machine during the second adjustment phase of the claw clutch and simultaneously comparing the detected torque with the maximum torque determined in the first adjustment phase,
  • - Intermediate storage of the time and position of the second coupling element when the maximum torque determined in the first adjustment phase is exceeded for the first time in the second adjustment phase as a provisional synchronization point,
  • - Calculation of the average torque in the second adjustment phase from the recorded provisional synchronization point,
  • - Comparison of the average torque calculated in the second adjustment phase, from the detected provisional synchronization point, with the average torque calculated and buffered in the first adjustment phase,
  • - Storing the provisional synchronization point as the actual synchronization point if the average torque calculated in the second adjustment phase, from the recorded provisional synchronization point, is higher by a defined amount than the average torque calculated in the first adjustment phase.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren einem Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug verwendet.According to the present invention, the method according to the invention is used in an electric or hybrid motor vehicle.

Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Synchronisierungspunktes während eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung, die antriebswirksam mit einer elektrischen Maschine verbunden ist, kann neben einer Verringerung der Schaltzeit der Klauenkupplung ein verbessertes NHV- und Schwingungsverhalten erzielt werden. Weiterhin kann durch die genaue Kenntnis des Synchronisierungspunktes der Klauenkupplung der Verschleiß der Kupplungselemente der Klauenkupplung reduziert werden.By means of the method according to the invention for determining a synchronization point during a coupling process of a claw clutch, which is connected to an electric machine for driving purposes, in addition to a reduction in the switching time of the claw clutch, improved NHV and vibration behavior can be achieved. Furthermore, the wear of the coupling elements of the claw clutch can be reduced by precisely knowing the synchronization point of the claw clutch.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug, insbesondere im Bereich einer elektrischen Achsanordnung, kann zudem die Fahrersicherheit erhöht werden.By using the method according to the invention in an electric or hybrid motor vehicle, especially in the area of an electric axle arrangement, driver safety can also be increased.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Kraftfahrzeugantriebs mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe mit einer entkoppelten Klauenkupplung.
  • 2 zeigt Diagramme von Parametern zur Bestimmung des Synchronisierungspunkts einer Klauenkupplung in einem Aufbau entsprechend 1.
The invention is described below by way of example with reference to the drawings.
  • 1 shows a schematic detailed representation of a motor vehicle drive with an electric machine and a gearbox with a decoupled dog clutch.
  • 2 shows diagrams of parameters for determining the synchronization point of a dog clutch in a structure accordingly 1 .

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In 1 ist schematisch ein Detail eines Kraftfahrzeugantriebs, nämlich ein Zahnradgetriebe 3 und eine elektrische Maschine 2, beispielhaft dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in 1 dargestellten Topologie beschrieben, ist jedoch auch bei anderen Getriebetopologien, wie beispielsweise bei einem Planetengetriebe, einsetzbar.In 1 A detail of a motor vehicle drive, namely a gear transmission 3 and an electric machine 2, is shown schematically by way of example. The method according to the invention is based on the in 1 The topology shown is described, but can also be used with other gear topologies, such as a planetary gear.

Die elektrische Maschine 2 ist mit einer Eingangswelle 4 des Zahnradgetriebes 3 antriebswirksam verbunden. Weiterhin ist die elektrische Maschine 2 mit einem Inverter 9 zur Bestromung der elektrischen Maschine 2 verbunden. Der Inverter 9 weist eine Steuereinheit 10 auf. Die Steuereinheit 10 hat die Aufgabe eine Soll-Drehzahl-Vorgabe an den Inverter 9 zu senden. Der Inverter 9 regelt daraufhin die elektrische Maschine 2 selbstständig auf die geforderte Drehzahl.The electric machine 2 is connected to an input shaft 4 of the gear transmission 3 in a driving manner. Furthermore, the electrical machine 2 is connected to an inverter 9 for energizing the electrical machine 2. The inverter 9 has a control unit 10. The control unit 10 has the task of sending a target speed specification to the inverter 9. The inverter 9 then independently regulates the electrical machine 2 to the required speed.

Das Zahnradgetriebe 3 kann mehrere Zahnradstufen, von denen in 1 jedoch lediglich eine Zahnradstufe 5, die ein Festrad 5a und ein Losrad 5b aufweist, gezeigt ist. Sowohl das Festrad 5a wie auch das Losrad 5b sind als Stirnrad ausgeführt. Das Festrad 5a ist auf der Eingangswelle 4 des Zahnradgetriebes 3 angeordnet. Das Losrad 5b ist auf einer Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes 3 angeordnet.The gear transmission 3 can have several gear stages, of which in 1 However, only one gear stage 5, which has a fixed gear 5a and an idler gear 5b, is shown. Both the fixed gear 5a and the idler gear 5b are designed as spur gears. The fixed gear 5a is arranged on the input shaft 4 of the gear transmission 3. The idler gear 5b is arranged on an output shaft 6 of the gear transmission 3.

Auf der Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes ist weiterhin ein Abtriebszahnrad 7 angeordnet, das mit einer Achse des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), genauer mit einem an der Achse angeordneten Differentialgetriebe (nicht dargestellt), antriebswirksam verbunden ist.Furthermore, an output gear 7 is arranged on the output shaft 6 of the gear transmission, which is drivingly connected to an axle of the motor vehicle (not shown), more precisely to a differential gear (not shown) arranged on the axle.

Das Losrad 5b ist mittels einer Klauenkupplung 1 drehfest mit der Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes 3 koppelbar.The idler gear 5b can be coupled in a rotationally fixed manner to the output shaft 6 of the gear transmission 3 by means of a claw clutch 1.

Die Klauenkupplung 1 weist ein erstes Kupplungselement 1a, nämlich ein Klauenelement, und ein axial bewegbares zweites Kupplungselement 1b, nämlich eine Schiebemuffe, auf. In weiterer Folge wird für das Klauenelement als erstes Kupplungselement 1a ebenso das Bezugszeichen „1a“ verwendet. Für die Schiebemuffe als zweites Kupplungselement 1b wird in weiterer Folge ebenso das Bezugszeichen „1b“ verwendet.The claw clutch 1 has a first coupling element 1a, namely a claw element, and an axially movable second coupling element 1b, namely a sliding sleeve. Subsequently, the reference number “1a” is also used for the claw element as the first coupling element 1a. The reference number “1b” is also used for the sliding sleeve as the second coupling element 1b.

Das Klauenelement 1a ist drehfest und axial fest mit dem Losrad 5b verbunden. Die Schiebemuffe 1 b ist translatorisch in Richtung des Klauenelements 1a verschiebbar und drehfest mit der Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes 3 verbunden.The claw element 1a is connected to the idler gear 5b in a rotationally fixed and axially fixed manner. The sliding sleeve 1b is translationally displaceable in the direction of the claw element 1a and is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 6 of the gear transmission 3.

Durch ein Einrücken der Schiebemuffe 1b in das Klauenelement 1a kann das Losrad 5b daher drehfest mit der Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes 3 verbunden werden, um so eine Leistungsübertragung von der elektrischen Maschine 2 über die Zahnradstufe 5 auf die Ausgangswelle 6 des Zahnradgetriebes 3 zu ermöglichen, wobei das Festrad 5a drehfest auf der Eingangswelle 4 des Zahnradgetriebes 3 gehalten ist.By engaging the sliding sleeve 1b in the claw element 1a, the idler gear 5b can therefore be connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 6 of the gear transmission 3, in order to enable power transmission from the electric machine 2 via the gear stage 5 to the output shaft 6 of the gear transmission 3, whereby the fixed gear 5a is held non-rotatably on the input shaft 4 of the gear transmission 3.

Um die Schiebemuffe 1b aus der in 1 gezeigten entkoppelten Position in eine gekoppelte Position zu überführen, also einen Koppelvorgang durchzuführen, ist die Schiebemuffe 1b antriebswirksam mit einer Aktuatoreinheit 8 verbunden. Die Aktuatoreinheit 8 umfasst vorliegend eine Schaltwalze (nicht im Detail dargestellt).To remove the sliding sleeve 1b from the in 1 To transfer the decoupled position shown into a coupled position, i.e. to carry out a coupling process, the sliding sleeve 1b is connected to an actuator unit 8 in a driving manner. The actuator unit 8 in the present case comprises a shift drum (not shown in detail).

Durch eine Rotation der Schaltwalze der Aktuatoreinheit 8 kann die Schiebemuffe 1b in Richtung des Klauenelements 1a verschoben werden, um die Schiebemuffe 1b mit dem Klauenelement 1a zu koppeln (Koppelvorgang). Gleichermaßen kann die Schiebemuffe 1b durch eine Rotation der Schaltwalze der Aktuatoreinheit 8 von dem Klauenelement 1a entkoppelt werden (Entkoppelvorgang).By rotating the shift drum of the actuator unit 8, the sliding sleeve 1b can be displaced in the direction of the claw element 1a in order to couple the sliding sleeve 1b to the claw element 1a (coupling process). Likewise, the sliding sleeve 1b can be decoupled from the claw element 1a by rotating the shift drum of the actuator unit 8 (decoupling process).

Die Schiebemuffe 1b weist hierzu ein Führungselement auf, das in einer Schaltkulisse der Schaltwalze geführt ist, um eine Rotation der Schaltwalze in eine translatorische Verschiebung des Führungselements samt der Schiebemuffe 1b umzusetzen (nicht dargestellt).For this purpose, the sliding sleeve 1b has a guide element which is guided in a shift gate of the shift drum in order to convert a rotation of the shift drum into a translational displacement of the guide element together with the sliding sleeve 1b (not shown).

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Synchronisierungspunktes P_sact der Klauenkupplung 1 anhand der 2 beschrieben.The method according to the invention for determining a synchronization point P_s act of the claw clutch 1 is described below using the 2 described.

Das Diagramm I aus 2 zeigt die Position P der Schaltwalze der Aktuatoreinheit 8 in Grad [°], bezogen auf eine Rotation der Schaltwalze um ihre eigene Achse, aufgetragen über der Zeit t in Sekunden [s].Diagram I 2 shows the position P of the shift drum of the actuator unit 8 in degrees [°], based on a rotation of the shift drum about its own axis, plotted over time t in seconds [s].

Das Diagramm II aus 2 zeigt den Drehmomentverlauf M der elektrischen Maschine 2 bei Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 2 in Newtonmeter [Nm] aufgetragen über der Zeit t in Sekunden [s].The diagram II 2 shows the torque curve M of the electric machine 2 when the speed of the electric machine 2 is controlled in Newton meters [Nm] plotted over time t in seconds [s].

Der Kupplungsvorgang zwischen der Schaltmuffe 1b der Klauenkupplung 1 und dem Klauenelement 1a der Klauenkupplung 1 beginnt zu einem Startzeitpunkt t_0 und ist zum Endzeitpunkt t_end abgeschlossen. Die Diagramme gemäß 2 beschreiben demnach, in welcher Art und Weise ein Bewegen der Schiebemuffe 1b ausgehend von einer Startposition P_0 zum Zeitpunkt t_0, d.h. einem entkoppelten Zustand der Klauenkupplung 1, bis zum Erreichen einer Endposition P_end zum Zeitpunkt t_end, d.h. dem gekoppelten Zustand der Klauenkupplung 1, erfolgt.The coupling process between the shift sleeve 1b of the claw clutch 1 and the claw element 1a of the claw clutch 1 begins Start time t_0 and is completed at the end time t_end. The diagrams according to 2 therefore describe the manner in which the sliding sleeve 1b is moved starting from a starting position P_0 at time t_0, ie a decoupled state of the claw clutch 1, until reaching an end position P_end at time t_end, ie the coupled state of the claw clutch 1.

Eine erste Verstellphase V1 beginnt zum Zeitpunkt t_1 und endet zum Zeitpunkt t_2.A first adjustment phase V1 begins at time t_1 and ends at time t_2.

Im Rahmen der ersten Verstellphase V1 der Schiebemuffe 1b ist kein Kontakt der Schiebemuffe 1b mit dem Klauenelement 1a zu erwarten. Die erste Verstellphase V1 kann auch als „unplausibler Synchronisierungsbereich“ der Schiebemuffe 1b bezeichnet werden.During the first adjustment phase V1 of the sliding sleeve 1b, no contact of the sliding sleeve 1b with the claw element 1a is to be expected. The first adjustment phase V1 can also be referred to as the “implausible synchronization range” of the sliding sleeve 1b.

Während der ersten Verstellphase V1 erfolgt ein Vorgeben einer Drehzahldifferenz zwischen dem Losrad 5b und der zu synchronisierenden Ausgangswelle 6, auf der das Losrad 5b angeordnet ist, wobei das Losrad 5b über das auf der Eingangswelle 4 angeordnete Festrad 5a mit dem Elektromotor 2 gekoppelt ist, um eine Drehzahl des Losrads 5b einzustellen. Das Vorgeben der Drehzahldifferenz zwischen dem Losrad 5b und der zu synchronisierenden Ausgangswelle 6 bedeutet gleichermaßen das Vorgeben einer Drehzahldifferenz zwischen der Schiebemuffe 1b der Klauenkupplung 1, die drehfest mit der Ausgangswelle 6 gekoppelt ist, und dem Klauenelement 1a, das drehfest an dem Losrad 5b gehalten ist.During the first adjustment phase V1, a speed difference is specified between the idler gear 5b and the output shaft 6 to be synchronized, on which the idler gear 5b is arranged, the idler gear 5b being coupled to the electric motor 2 via the fixed gear 5a arranged on the input shaft 4 to set a speed of the idler gear 5b. Specifying the speed difference between the idler gear 5b and the output shaft 6 to be synchronized also means specifying a speed difference between the sliding sleeve 1b of the claw clutch 1, which is non-rotatably coupled to the output shaft 6, and the claw element 1a, which is held non-rotatably on the idler gear 5b .

Während der ersten Verstellphase V1 erfolgt ein Verschieben der Schiebemuffe 1b ausgehend von der Startposition P_0 bis hin zu einer ersten Position P_1. Die erste Position P_1 ist eine definierte Zwischenposition der Schiebemuffe 1b vor einem Kontaktieren des Klauenelements 1a des Losrads 5a.During the first adjustment phase V1, the sliding sleeve 1b is displaced starting from the starting position P_0 up to a first position P_1. The first position P_1 is a defined intermediate position of the sliding sleeve 1b before contacting the claw element 1a of the idler gear 5a.

Das Verschieben der Schiebemuffe 1b der Klauenkupplung 1 in Richtung des Klauenelements 1a des Losrads 5b aus der Startposition P_0 bis hin zu der ersten Position P_1 erfolgt mittels der geregelten Schaltwalze der Aktuierungseinheit 8.The sliding sleeve 1b of the claw clutch 1 is moved in the direction of the claw element 1a of the idler gear 5b from the starting position P_0 to the first position P_1 by means of the controlled shift drum of the actuation unit 8.

Während der ersten Verstellphase V1 erfolgt ein Erfassen des Drehmoments während der ersten Verstellphase M1. Weiterhin erfolgt während der ersten Verstellphase V1 eine Berechnung eines durchschnittlichen Drehmoments M1_av und eine Bestimmung des maximalen Drehmoments M1_max während der ersten Verstellphase V1. Beim erfolgreichen Durchlaufen der ersten Verstellphase V1 ohne Abbruchkriterium, wie beispielsweise bei Nicht-Einstellen der gewünschten Differenzdrehzahl zwischen der Schiebemuffe 1b und dem Klauenelement 1a, werden die berechneten Werte für das durchschnittliche Drehmoment M1_av und der bestimmte Wert für das maximale Drehmoment M1_max während der ersten Verstellphase V1 in der Speichereinheit der Steuereinheit 10 zwischengespeichert.During the first adjustment phase V1, the torque is detected during the first adjustment phase M1. Furthermore, an average torque M1_av is calculated during the first adjustment phase V1 and the maximum torque M1_max is determined during the first adjustment phase V1. If the first adjustment phase V1 is successfully completed without an abort criterion, for example if the desired differential speed between the sliding sleeve 1b and the claw element 1a is not set, the calculated values for the average torque M1_av and the specific value for the maximum torque M1_max during the first adjustment phase V1 is temporarily stored in the storage unit of the control unit 10.

Im Anschluss an die erste Verstellphase V1 folgt eine zweite Verstellphase V2. Die zweite Verstellphase V2 beginnt zum Zeitpunkt t_2 und endet zum Zeitpunkt t_3.Following the first adjustment phase V1, a second adjustment phase V2 follows. The second adjustment phase V2 begins at time t_2 and ends at time t_3.

Im Rahmen der zweiten Verstellphase V2 ist ein Kontakt der Schiebemuffe 1b mit dem Klauenelement 1a zu erwarten. Die zweite Verstellphase V2 kann auch als „plausibler Synchronisierungsbereich“ der Schiebemuffe 1b bezeichnet werden.As part of the second adjustment phase V2, contact between the sliding sleeve 1b and the claw element 1a is to be expected. The second adjustment phase V2 can also be referred to as the “plausible synchronization range” of the sliding sleeve 1b.

Während der zweiten Verstellphase V2 erfolgt ein Verschieben der Schiebemuffe ausgehend von der ersten Position P_1 bis hin zu einer zweiten Position P_2. Die zweite Position P_2 ist eine weitere Zwischenposition der Schiebemuffe 1b nach einem Einkoppeln der Schiebemuffe 1b in das Klauenelement 1a des Losrads 5b.During the second adjustment phase V2, the sliding sleeve is moved from the first position P_1 to a second position P_2. The second position P_2 is a further intermediate position of the sliding sleeve 1b after the sliding sleeve 1b has been coupled into the claw element 1a of the idler gear 5b.

Das Verschieben der Schiebemuffe 1b der Klauenkupplung 1 in Richtung des Klauenelements 1a des Losrads 5b aus der ersten Position P_1 bis hin zu der
zweiten Position P_2 erfolgt mittels der geregelten Schaltwalze der Aktuierungseinheit 8.
Moving the sliding sleeve 1b of the claw clutch 1 in the direction of the claw element 1a of the idler gear 5b from the first position P_1 up to the
The second position P_2 takes place by means of the controlled shift drum of the actuation unit 8.

Während der zweiten Verstellphase V2 erfolgt ein Erfassen des Drehmoments während der zweiten Verstellphase M2 und zeitgleich ein Vergleich des erfassten Drehmoments M2 mit dem in der ersten Verstellphase V1 erfassten maximalen Drehmoment M1_max.During the second adjustment phase V2, the torque is detected during the second adjustment phase M2 and at the same time the detected torque M2 is compared with the maximum torque M1_max detected in the first adjustment phase V1.

Sobald während der zweiten Verstellphase V2 das erfasste Drehmoment das maximale Drehmoment M1_max aus der ersten Verstellphase V1 einmalig überschreitet, wird die Position P_s der Schiebemuffe 1b zu diesem Zeitpunkt t_s als vorläufiger Synchronisierungspunkt P_spre zwischengespeichert. Im Anschluss wird das durchschnittliche Drehmoment M2_av von dem Zeitpunkt t_s bis zum Ende der zweiten Verstellphase V2, also bis zum Zeitpunkt t_3 berechnet. Ist das berechnete durchschnittliche Drehmoment M2_av im Zeitraum von dem Zeitpunkt t_s bis zum Zeitpunkt t_3 um einen bestimmten Betrag höher als das im ersten Verstellbereich V1 berechnete durchschnittliche Drehmoment M1_av, so wird die zuvor gespeicherte Position P_s zum Zeitpunkt t_s als tatsächlicher Synchronisierungspunkt P_sact abgespeichert.As soon as the detected torque exceeds the maximum torque M1_max from the first adjustment phase V1 once during the second adjustment phase V2, the position P_s of the sliding sleeve 1b is buffered at this time t_s as a provisional synchronization point P_s pre . The average torque M2_av is then calculated from the time t_s to the end of the second adjustment phase V2, i.e. until the time t_3. If the calculated average torque M2_av in the period from time t_s to time t_3 is higher by a certain amount than the average torque M1_av calculated in the first adjustment range V1, then the previously stored position P_s at time t_s is saved as the actual synchronization point P_s act .

Im Anschluss an die zweite Verstellphase V2 folgt in dem Zeitraum t_3 bis t_end das vollständige Eingreifen der Schiebemuffe 1b in das Klauenelement 1a.Following the second adjustment phase V2, the complete phase follows in the period t_3 to t_end Engagement of the sliding sleeve 1b in the claw element 1a.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
KlauenkupplungClaw coupling
1a1a
Erstes Kupplungselement (Klauenelement)First coupling element (claw element)
1b1b
Zweites Kupplungselement (Schiebemuffe)Second coupling element (sliding sleeve)
22
Elektrische MaschineElectric machine
33
ZahnradgetriebeGear transmission
44
Eingangswelleinput shaft
55
Zahnradstufegear stage
5a5a
FestradFixed gear
5b5b
Losradidler wheel
66
Eingangswelleinput shaft
77
Abtriebszahnradoutput gear
88th
AktuierungseinheitActuation unit
99
InverterInverters
1010
SteuereinheitControl unit
V1V1
Erste VerstellphaseFirst adjustment phase
V2V2
Zweite VerstellphaseSecond adjustment phase
M1_avM1_av
Durchschnittliches Drehmoment während der ersten VerstellphaseAverage torque during the first adjustment phase
M2_avM2_av
Durchschnittliches Drehmoment während der zweiten VerstellphaseAverage torque during the second adjustment phase
M1_maxM1_max
Maximales Drehmoment während der ersten VerstellphaseMaximum torque during the first adjustment phase
M1M1
Drehmoment während der ersten VerstellphaseTorque during the first adjustment phase
M2M2
Drehmoment während der zweiten VerstellphaseTorque during the second adjustment phase
P_spreP_spre
Vorläufiger SynchronisierungspunktTemporary sync point
P_sactP_sact
Tatsächlicher SynchronisierungspunktActual sync point
tt
ZeitTime
t_st_s
Zeitpunkt des SynchronisierungspunktesTime of synchronization point
t_0t_0
StartzeitpunktStart time
t_endt_end
Endzeitpunktend time
t_1, t_2, t_3t_1, t_2, t_3
(Zwischen-)Zeitpunkte(Interim) times
PP
Position (der Schiebemuffe)Position (of the sliding sleeve)
P_sP_s
Position des SynchronisierungspunktesPosition of the synchronization point
P_0P_0
StartpositionStarting position
P_endP_end
EndpositionFinal position
P_1P_1
Erste PositionFirst position
P_2P_2
Zweite PositionSecond position

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung eines Synchronisierungspunktes P_sact während eines Koppelvorgangs einer Klauenkupplung 1, wobei eine elektrische Maschine 2 als antreibende Komponente über die Klauenkupplung 1 mit einer anzutreibenden Komponente antriebswirksam verbindbar ist, wobei die Klauenkupplung 1 zumindest ein erstes Kupplungselement 1a und ein axial bewegbares zweites Kupplungselement 1b aufweist, wobei die elektrische Maschine 2 drehzahlgeregelt wird und so eine vorbestimmte Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen 1a, 1b eingestellt wird und wobei die axiale Bewegung des zweiten Kupplungselements 1b der Klauenkupplung 1 in zumindest zwei Verstellphasen V1, V2 unterteilt wird, nämlich eine erste Verstellphase V1 und eine zweite Verstellphase V2, wobei über eine Bestimmung eines durchschnittlichen Drehmoments M1_av sowie eines maximalen Drehmoments M1_max der elektrischen Maschine 2 während der ersten Verstellphase V1 und über einen Vergleich der in der ersten Verstellphase V1 bestimmten Drehmomentwerte M1_av, M1_max mit einem in der zweiten Verstellphase V2 bestimmten Drehmoment M2 ein erstes Kriterium generiert wird, um einen vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre zu erfassen und ein zweites Kriterium generiert wird, um den vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre als tatsächlichen Synchronisierungspunkt P_sact festzulegen.Method for determining a synchronization point P_s act during a coupling process of a claw clutch 1, wherein an electric machine 2 as a driving component can be connected in a drive-effective manner via the claw clutch 1 to a component to be driven, the claw clutch 1 having at least a first coupling element 1a and an axially movable second coupling element 1b has, wherein the electric machine 2 is speed-controlled and a predetermined differential speed is set between the two coupling elements 1a, 1b and wherein the axial movement of the second coupling element 1b of the claw clutch 1 is divided into at least two adjustment phases V1, V2, namely a first adjustment phase V1 and a second adjustment phase V2, wherein via a determination of an average torque M1_av and a maximum torque M1_max of the electric machine 2 during the first adjustment phase V1 and via a comparison of the torque values M1_av, M1_max determined in the first adjustment phase V1 with one in the second adjustment phase V2 certain torque M2, a first criterion is generated to detect a preliminary synchronization point P_s pre and a second criterion is generated to set the preliminary synchronization point P_s pre as the actual synchronization point P_s act . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Koppelanforderung an die Klauenkupplung 1 zumindest die folgenden Schritte aufweist: - Einstellen der vorbestimmten Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen 1a, 1b der Klauenkupplung 1 über die elektrische Maschine 2, - Berechnung des durchschnittlichen Drehmoments M1_av der elektrischen Maschine 2 in der ersten Verstellphase V1 des zweiten Kupplungselements 1b der Klauenkupplung 1, - Bestimmung des maximalen Drehmoments M1_max der elektrischen Maschine 2 in der ersten Verstellphase V1 des zweiten Kupplungselements 1b der Klauenkupplung 1, - Zwischenspeicherung des berechneten durchschnittlichen Drehmoments M1_av und des bestimmten maximalen Drehmoments M1_max der elektrischen Maschine 2 in der ersten Verstellphase V1 des zweiten Klauenelements 1b der Klauenkupplung 1, - Erfassen des Drehmoments M2 der elektrischen Maschine 2 während der zweiten Verstellphase V2 des zweiten Kupplungselements 1b der Klauenkupplung 1 und gleichzeitiger Vergleich des erfassten Drehmoments mit dem in der ersten Verstellphase V1 bestimmten maximalen Drehmoment M1_max, - Zwischenspeicherung des Zeitpunkts t_s und der Position P_s des zweiten Kupplungselements 1b bei erstmaligem Überschreiten des in der ersten Verstellphase V1 bestimmten maximalen Drehmoments M1_max in der zweiten Verstellphase V2 als vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre, - Berechnung des durchschnittlichen Drehmoments M2_av in der zweiten Verstellphase V2 ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre, - Vergleich des in der zweiten Verstellphase V2, ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre, berechneten durchschnittlichen Drehmoments M2_av mit dem in der ersten Verstellphase V1 berechneten und zwischengespeicherten durchschnittlichen Drehmoment M1_av, - Hinterlegen des vorläufigen Synchronisierungspunkts P_spre als tatsächlichen Synchronisierungspunkt P_sact, wenn das in der zweiten Verstellphase V2, ab dem erfassten vorläufigen Synchronisierungspunkt P_spre, berechnete durchschnittliche Drehmoment M2_av höher ist als das in der ersten Verstellphase V1 berechnete durchschnittliche Drehmoment M1_av.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the method has at least the following steps when there is a coupling request to the claw clutch 1: - Setting the predetermined differential speed between the two clutch elements 1a, 1b of the claw clutch 1 via the electric machine 2, - Calculating the average torque M1_av of the electric machine 2 in the first adjustment phase V1 of the second coupling element 1b of the dog clutch 1, - determination of the maximum torque M1_max of the electric machine 2 in the first adjustment phase V1 of the second coupling element 1b of the dog clutch 1, - intermediate storage of the calculated by average torque M1_av and the specific maximum torque M1_max of the electric machine 2 in the first adjustment phase V1 of the second claw element 1b of the claw clutch 1, - detecting the torque M2 of the electric machine 2 during the second adjustment phase V2 of the second clutch element 1b of the claw clutch 1 and simultaneous comparison of the detected torque with the maximum torque M1_max determined in the first adjustment phase V1, - intermediate storage of the time t_s and the position P_s of the second coupling element 1b when the maximum torque M1_max determined in the first adjustment phase V1 is exceeded for the first time in the second adjustment phase V2 as a provisional synchronization point P_s pre , - Calculation of the average torque M2_av in the second adjustment phase V2 from the detected preliminary synchronization point P_s pre , - Comparison of the average torque M2_av calculated in the second adjustment phase V2, from the detected preliminary synchronization point P_s pre , with that calculated in the first adjustment phase V1 and buffered average torque M1_av, - storing the provisional synchronization point P_s pre as the actual synchronization point P_s act if the average torque M2_av calculated in the second adjustment phase V2, from the detected provisional synchronization point P_s pre , is higher than the average calculated in the first adjustment phase V1 Torque M1_av. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, in einem Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug.Using a method according to Claim 1 or 2 , in an electric or hybrid vehicle.
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