DE102012007622A1 - Method for performing a switching step - Google Patents

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Dr. Wüst Bernhard
Rolf Hoffmann
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Voith Patent GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltschritts in einem zumindest teilweise von einer elektrischen Maschine angetriebenen Getriebe mit wenigstens einem Klauenschaltelement, wobei – das wenigstens eine Klauenschaltelement nach einem Startsignal eine Schaltbewegung ausführt, wobei – Drehzahl und/oder Drehmoment nach dem Startsignal durch die elektrischen Maschine angepasst werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass – eine vorgegebene Zeit nach dem Startsignal oder bei einem damit korrespondierenden Wert ein Aktuator zum Betätigen des Klauenschaltelements ausgelöst wird, wonach – eine die Bewegung des Klauenschaltelements zumindest mittelbar charakterisierende Größe erfasst wird, und wonach – wenn die Größe innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, die vorgegebene Zeit oder der damit korrespondierende Wert oder eine Funktion anhand der die elektrischen Maschine die Drehzahl und/oder das Drehmoment anpasst unverändert bleibt, oder wenn die Größe außerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, die vorgegebene Zeit oder der damit korrespondierende Wert oder eine Funktion anhand der die elektrischen Maschine die Drehzahl und/oder das Drehmoment anpasst verändert und bei einem nachfolgenden vergleichbaren Schaltschritt verwendet wird.The invention relates to a method for performing a switching step in an at least partially driven by an electric machine gearbox having at least one jaw switching element, wherein - the at least one jaw switching element executes a switching movement after a start signal, wherein - speed and / or torque after the start signal by the electric Machine to be customized. The invention is characterized in that - a predetermined time after the start signal or at a value corresponding thereto, an actuator for actuating the claw switching element is triggered, after which - a movement of the claw switching element at least indirectly characterizing size is detected, and then - if the size within a predetermined interval, the predetermined time or the value corresponding thereto or a function based on the electric machine, the speed and / or the torque adapts remains unchanged, or if the size is outside a predetermined interval, the predetermined time or the value corresponding thereto or a function by which the electric machine adjusts the speed and / or the torque changes and is used in a subsequent comparable shift step.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltschritts in einem zumindest teilweise von einem elektrischen Motor angetriebenen Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung eine Motor-Getriebe-Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Antriebsvorrichtung mit einer solchen Motor-Getriebe-Einheit. Letztlich betrifft die Erfindung außerdem ein Nutzfahrzeug mit einer derartigen Antriebsvorrichtung.The invention relates to a method for performing a switching step in an at least partially driven by an electric motor transmission according to the closer defined in the preamble of claim 1. The invention further relates to a motor-gear unit for carrying out the method according to the invention and a drive device with a such engine-transmission unit. Finally, the invention also relates to a commercial vehicle with such a drive device.

Die Kombination von elektrischen Maschinen mit Getrieben, beispielsweise zu einer Motor-Getriebe-Einheit, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Solche Aufbauten können insbesondere in zumindest teilweise elektrischen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, wie sie beispielsweise für Hybridfahrzeuge oder rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Als Beispiel hierfür soll auf die DE 197 56 083 A1 verwiesen werden, welche Aufbauten mit Motor und Generator zeigt und welche für diese jeweiligen Aufbauten die Ausführung als Motor-Getriebe-Einheit beschreibt.The combination of electric machines with transmissions, for example to a motor-gear unit, is known from the general state of the art. Such structures may be provided in particular in at least partially electric drive device, as used for example for hybrid vehicles or purely electrically driven vehicles. As an example of this should be on the DE 197 56 083 A1 be referenced, which shows superstructures with motor and generator and which describes the design as a motor-gear unit for these respective structures.

Für einen solchen Aufbau ist es aus der DE 10 2009 055 242 A1 bekannt, dass eine Klauenkupplung als Schaltelement in dem Getriebe eingesetzt werden kann. Um den Nachteilen einer Klauenkupplung hinsichtlich der Notwendigkeit einer Synchronisation entgegenzuwirken, schlägt die Schrift vor, über den elektrischen Motor eine Anpassung der Drehzahl vorzunehmen, umso die Klauenschaltelemente der Klauenkupplung einfach und ohne mechanische Synchronisationseinrichtung ausbilden zu können. Die Schrift schlägt dabei ferner vor, um den Schaltvorgang zu beschleunigen, die Drehzahl zuerst über die eigentliche Zieldrehzahl hinaus mit der elektrischen Maschine anzupassen, um diese dann entsprechend abzubremsen und so die unterhalb der Startdrehzahl liegende Zieldrehzahl zu erreichen. Der Nachteil bei diesem Aufbau besteht darin, dass er eine vergleichsweise lange Zeit zum Schalten und Synchronisieren benötigt, da er zuerst die Drehzahl anpasst und, erst nachdem diese angepasst ist und dies auch gemessen worden ist, die Schaltung durchführt.For such a structure, it is from the DE 10 2009 055 242 A1 It is known that a dog clutch can be used as a switching element in the transmission. To counteract the disadvantages of a dog clutch in terms of the need for synchronization, the document proposes to make an adjustment of the speed via the electric motor, so as to be able to form the jaw switching elements of the dog clutch easily and without mechanical synchronization device. The script also suggests, in order to accelerate the switching process, first adjust the speed beyond the actual target speed with the electric machine to then decelerate accordingly and thus to reach the target speed below the starting speed. The drawback with this design is that it takes a comparatively long time to shift and synchronize because it first adjusts the speed and, after it has been adjusted and that has also been measured, performs the circuit.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltschritts anzugeben, welches diesen Nachteil vermeidet und sehr schnell arbeitet. Darüber hinaus soll das Verfahren sich sehr einfach und effizient auf unterschiedliche Randbedingungen der jeweiligen Schaltsituation anpassen.The object of the present invention is to provide a method for performing a switching step, which avoids this disadvantage and works very fast. In addition, the method should adapt very easily and efficiently to different boundary conditions of the respective switching situation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine bevorzugte Motor-Getriebe-Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Antriebsvorrichtung mit einer solchen Motor-Getriebe-Einheit und ein Fahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung beansprucht.According to the invention this object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the solution according to the invention will become apparent from the dependent therefrom dependent claims. In addition, a preferred engine-transmission unit for carrying out the method according to the invention and a drive device with such a motor-gear unit and a vehicle is claimed with such a drive device.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass parallel zur Anpassung der Drehzahl und/oder des Drehmoments durch den elektrischen Motor aufgrund des Startsignals nach einer vorgegebenen Zeit oder bei einem damit korrespondierenden Wert nach dem Startsignal ein Aktuator zum Betätigen des Klauenschaltelements ausgelöst wird, wonach eine die Bewegung des Klauenschaltelements zumindest mittelbar charakterisierende Größe erfasst wird. Diese Größe wird dann geprüft, ob sie innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, in diesem Fall war der Schaltschritt erfolgreich, oder ob sie außerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt, die Schaltung also nicht oder zumindest nicht optimal funktioniert hat. Im ersten Fall wird die vorgegebene Zeit, der vorgegebene Wert oder eine Funktion, anhand der die elektrische Maschine die Drehzahl und/oder das Drehmoment angepasst, unverändert gelassen. Im zweiten Fall wird die vorgegebene Zeit, der vorgegebene Wert oder eine Funktion, anhand der die elektrische Maschine die Drehzahl und/oder das Drehmoment angepasst, für die nächste vergleichbare Schaltung, also bei ähnlichem Drehmoment und ähnlicher Drehzahl, entsprechend angepasst. Bei dem nächsten Schaltschritt in einer vergleichbaren Schaltsituation kann dann zum Beispiel mit der neuen angepassten Zeit, welche anstelle der bisher vorgegebenen Zeit abgespeichert worden ist, operiert werden. Hierdurch verbessert sich der Ablauf des Schaltschritts zunehmend, sodass eine Anpassung an Fertigungstoleranzen, sich verändernde Umgebungsbedingungen oder dergleichen durch eine selbsttätige Adaption erfolgen kann.The solution according to the invention provides that, in parallel with the adaptation of the rotational speed and / or the torque by the electric motor due to the start signal after a predetermined time or at a value corresponding thereto after the start signal, an actuator for actuating the claw switching element is triggered, after which a Movement of the jaw switching element is detected at least indirectly characterizing size. This size is then checked to see if it is within a predetermined interval, in which case the switching step was successful, or if it is outside the predetermined interval, so the circuit did not work or at least did not function optimally. In the first case, the predetermined time, the predetermined value or a function, based on which the electric machine adapted the speed and / or the torque, left unchanged. In the second case, the predetermined time, the predetermined value or a function, based on which the electric machine adapted the rotational speed and / or the torque, for the next comparable circuit, ie at similar torque and similar speed, adjusted accordingly. In the next switching step in a comparable switching situation can then be operated, for example, with the new adjusted time, which has been stored instead of the previously given time. As a result, the course of the switching step increasingly improves, so that an adaptation to manufacturing tolerances, changing environmental conditions or the like can be done by an automatic adaptation.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee ist es dabei vorgesehen, dass ein Schaltvorgang sich aus zwei Schaltschritten zusammensetzt, wobei nach einem Schaltbefehl das Startsignal für den ersten Schaltschritt ausgelöst wird, in welchen das Drehmoment reduziert und das Klauenschaltelement aus seinem Kontakt mit einem ersten Gegenelement ausgerückt wird, und wobei nach Erreichen einer Neutralstellung des Klauenschaltelements das zweite Startsignal für den zweiten Schaltschritt ausgelöst wird, in welchem die Drehzahl an eine Zieldrehzahl angepasst und das Klauenschaltelement mit einem zweiten Gegenelement in Eingriff gebracht wird. Ein solcher Schaltvorgang, welcher sich aus den beiden beschriebenen Schaltschritten zusammensetzt, ist für Klauenschaltungen an sich üblich, da zuerst ein Ausrücken des Klauenschaltelements aus der bisherigen Stellung in eine Neutralstellung erfolgt, bevor das Klauenschaltelement wieder einrückt, um die gewünschte Drehmomentübertragung realisieren zu können. Nun ist es so, dass in dem ersten Schaltschritt ein Drehmoment reduziert wird, wobei ein Ausrücken des Klauenschaltelements im Allgemeinen nur dann erfolgen kann, wenn das Drehmoment zwischen dem Klauenschaltelement und einem ersten Gegenelement in etwa Null beträgt. Das Drehmoment selbst lässt sich aber außerordentlich schwer messen, sodass vorzugsweise über eine vorgegebene Zeit nach dem Startsignal parallel zum Abbau des Drehmoments durch die elektrische Maschine der Aktuator bereits ausgelöst wird. Der Aktuator selbst benötigt eine gewisse Zeit, um anzusprechen und das Klauenschaltelement auszurücken. Ist dies erfolgreich, bleibt die Zeit unverändert, ist dies kein Erfolg, weil das Ausrücken aufgrund eines Restdrehmoments noch nicht funktioniert, was beispielsweise durch die Stromaufnahme des Aktuators erfasst werden kann, wird die Zeit für den nächsten Schaltvorgang mit ähnlicher Voraussetzung, also ähnlichem Startdrehmoment und ähnlicher Drehzahl, entsprechend angepasst, umso durch das Adaptieren der Vorgabe für das Auslösen des Aktuators des ersten Schaltschritts mit zunehmender Zahl an Schaltvorgängen eine immer schnellere und bessere Schaltung zu erreichen.In a very advantageous development of the idea according to the invention, it is provided that a switching process is composed of two switching steps, wherein after a switching command, the start signal for the first switching step is triggered, in which reduces the torque and the jaw switching element from its contact with a first counter element is disengaged, and wherein after reaching a neutral position of the claw switching element, the second start signal for the second switching step is triggered, in which the rotational speed is adapted to a target speed and the claw switching element is brought into engagement with a second counter element. Such a switching operation, which is composed of the two described switching steps, is common for claw circuits per se, since first a disengagement of the jaw switching element from the previous position in a neutral position takes place before the claw switching element engages again in order to realize the desired torque transmission can. Now, it is such that in the first switching step, a torque is reduced, wherein a disengagement of the jaw switching element generally can only take place when the torque between the jaw switching element and a first counter-element is approximately zero. However, the torque itself can be measured extremely difficult, so preferably over a predetermined time after the start signal parallel to the reduction of torque by the electric machine, the actuator is already triggered. The actuator itself takes some time to respond and disengage the claw switch element. If this is successful, the time remains unchanged, this is not a success because the disengagement due to a residual torque is still not working, which can be detected for example by the current consumption of the actuator, the time for the next switching operation with a similar condition, ie similar starting torque and similar speed, adapted so as to achieve an ever faster and better circuit by adapting the specification for the triggering of the actuator of the first switching step with increasing number of switching operations.

Nachdem die Neutralstellung des Klauenschaltelements erreicht ist, startet der zweite Schaltschritt wiederum durch ein Startsignal. Dann erfolgt parallel zueinander die Anpassung der Drehzahl auf die benötigte Synchrondrehzahl und die Auslösung, beispielsweise anhand der Zeit oder anhand einer Drehzahl, welche aufgrund der zeitlichen Änderung der Drehzahl nach einer vorgegebenen Kurve ein mit der Zeit korrespondierender Wert ist. Auch hier wird beim Einrücken des Klauenschaltelements in das zweite Gegenelement überprüft, ob die Schaltung erfolgreich war, oder ob es zu einem Drehzahlsprung gekommen ist, die erzielte Drehzahl also nicht exakt der Drehzahl des Gegenelements entsprochen hat. Ein solcher Drehzahlsprung kann insbesondere über eine Drehzahlerfassung, beispielsweise über den Motorumrichter, oder über einen PI-Regler für die Drehzahl erfasst werden, da ab dem Nulldurchgang der I-Anteil nicht mehr fällt. Alternativ oder ergänzend hierzu können Schwingungen des Antriebsstrangs überwacht werden, da eine Drehzahländerung diesen zu einer Schwingung anregt. Letztlich wird über eine oder mehrere dieser Maßnahmen erkannt, dass die gewünschte Drehzahl nicht exakt erreicht worden ist. Die Start-Drehzahl oder Startzeit zum Ausrücken des Aktuators wird dann wieder angepasst, je nach Vorzeigen des Drehzahlsprungs oder der ersten Halbwelle der Schwingung in die eine oder die andere Richtung. Kommt es zu einem späteren Zeitpunkt zu einer vergleichbaren Schaltung bei gleichen Drehzahl-/Drehmomentverhältnis, dann wird der neu abgespeicherte Wert oder die neu abgespeicherte vorgegebene Zeit genutzt. Durch diese Adaption lässt sich die Schaltzeit minimieren und die Schaltqualität und der Schaltkomfort mit zunehmender Betriebsdauer verbessern.After the neutral position of the claw switching element is reached, the second switching step starts again by a start signal. Then, the adaptation of the speed to the required synchronous speed and the triggering takes place parallel to one another, for example based on time or on the basis of a speed, which is a value corresponding to time due to the time change of the speed according to a predetermined curve. Again, when the claw switching element is engaged in the second counter element is checked whether the circuit was successful, or whether it has come to a speed jump, the speed achieved has thus not exactly met the speed of the counter element. Such a speed jump can be detected in particular via a speed detection, for example via the motor converter, or via a PI controller for the speed, since from the zero crossing of the I component no longer falls. Alternatively or additionally, vibrations of the drive train can be monitored, since a change in speed causes them to vibrate. Ultimately, it is recognized via one or more of these measures that the desired speed has not been reached exactly. The starting speed or starting time for disengaging the actuator is then adjusted again, depending on the presentation of the speed jump or the first half-wave of the oscillation in one direction or the other. If, at a later time, a comparable shift occurs at the same speed / torque ratio, then the newly stored value or the newly stored predefined time is used. This adaptation minimizes switching time and improves shift quality and shifting comfort with increasing service life.

Alles in allem wird die Schaltung durch diese Vorgehensweise nicht nur schneller und effizienter, sondern auch komfortabler und weniger verschleißbehaftet, als wenn sie sich aus Schaltschritten gemäß dem Stand der Technik zusammensetzen würde.All in all, the circuit is not only faster and more efficient by this approach, but also more comfortable and less subject to wear than if it were composed of switching steps according to the prior art.

Das erfindungsgemäße Verfahren in der oben beschriebenen Art lässt sich dabei prinzipiell mit jedem Getriebe mit einem Klauenschaltelement und einer elektrischen Maschine, welche das Getriebe zumindest teilweise antreibt, realisieren. Besonders bevorzugt soll das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Motor-Getriebe-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 eingesetzt werden. Eine solche Motor-Getriebe-Einheit umfasst eine elektrische Maschine und ein mit der elektrischen Maschine verbundenes Planetengetriebe. Erfindungsgemäß ist außerdem eine Schalteinrichtung vorgesehen, sodass das Planetengetriebe zwischen einer ersten Gangstufe, einer zweiten Gangstufe und einer Neutralstufe schaltbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei das Sonnenrad des Planetengetriebes mit der Welle der elektrischen Maschine fest verbunden und der Planetenträger ist mit einer Abtriebswelle der Motor-Getriebe-Einheit fest verbunden. Die Schalteinrichtung ermöglicht es, den Außenkranz entweder mit einem feststehenden Bauteil zu verbinden, also gegenüber den anderen Bauteilen des Planetengetriebes festzuhalten, diesen Außenkranz mit dem Planetenträger und damit mit dem Abtrieb beziehungsweise der Abtriebswelle zu verbinden oder den Außenkranz gänzlich freizugeben. Dieser spezielle Aufbau des Planetengetriebes mit den drei beschriebenen Schaltstufen lässt sich außerordentlich kompakt realisieren und ermöglicht somit einen in axialer Richtung sehr kurzen Aufbau der Motor-Getriebe-Einheit. Insbesondere benötigt dieser Aufbau nicht mehr Raum, als es ein einfaches nicht schaltbares Getriebe ebenfalls benötigen würde.The inventive method in the manner described above can in principle be realized with each gear with a claw switching element and an electric machine which drives the transmission at least partially. Particularly preferably, the method according to the invention with a motor-gear unit according to the preamble of claim 6 is to be used. Such a motor-gear unit comprises an electric machine and a planetary gear connected to the electric machine. According to the invention, a switching device is also provided, so that the planetary gear between a first gear, a second gear and a neutral stage is switchable. According to the invention, the sun gear of the planetary gear is fixedly connected to the shaft of the electric machine and the planet carrier is fixedly connected to an output shaft of the motor-gear unit. The switching device makes it possible to connect the outer ring either with a fixed component, so hold with respect to the other components of the planetary gear to connect this outer ring with the planet carrier and thus with the output or the output shaft or release the outer ring entirely. This special design of the planetary gear with the three switching stages described can be extremely compact and thus allows a very short in the axial direction of the motor-gear unit. In particular, this structure does not require more space than a simple non-shiftable transmission would also require.

Wird der Außenkranz nun festgehalten, so entsteht die gewünschte Übersetzung des Planetengetriebes. Wird er mit dem Abtrieb beziehungsweise dem Planetenträger verbunden, dann läuft der Außenkranz und der Planetenträger gemeinsam um, sodass eine Übersetzung von 1:1, also ein Direktgang, entsteht. Wird der Außenkranz dagegen losgelassen, dann erfolgt keine Kraftübertragung, sodass eine Neutralstellung des Getriebes erzielt wird. Dies ist bei teilweise elektrischen Antriebsvorrichtungen, insbesondere bei hybridisierten Antriebssträngen, in bestimmten Fahrsituationen von Vorteil, da hierdurch eine Abkopplung der elektrischen Maschine erzielt werden kann. All dies kann ohne zusätzliche Kupplung außerordentlich bauraumsparend innerhalb der Motor-Getriebe-Einheit direkt erfolgen.If the outer ring is now held, then the desired translation of the planetary gear is created. If it is connected to the output or the planetary carrier, then the outer ring and the planet carrier run together, so that a translation of 1: 1, ie a direct gear, arises. On the other hand, if the outer rim is released, then no power transmission takes place, so that a neutral position of the transmission is achieved. In the case of partially electric drive devices, in particular in the case of hybridized drive trains, this is advantageous in certain driving situations since this makes it possible to decouple the electrical machine. All this can be done without additional Coupling extremely space-saving within the motor-gear unit directly done.

Die Motor-Getriebe-Einheit zur bevorzugten Durchführung des Erfindungsgemäßen Verfahrens bildet insbesondere einen Teil einer Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, also ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug. Die Motor-Getriebe-Einheit benötigt in einer solchen erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sehr wenig Bauraum und erlaubt den einfachen und effizienten Einsatz einer Elektromaschine, welche entsprechend einfach und effizient ausgelegt werden kann.The engine / transmission unit for carrying out the method according to the invention preferably forms part of a drive device for an at least partially electrically driven vehicle, ie a hybrid vehicle or electric vehicle. The motor-gear unit requires in such a drive device according to the invention very little space and allows the simple and efficient use of an electric machine, which can be designed according to simple and efficient.

Der bevorzugte Einsatzzweck einer solchen Antriebsvorrichtung liegt dabei vorzugsweise im Bereich von Nutzfahrzeugen, welche einen elektrischen Antrieb oder einen seriellen Hybridantrieb aufweisen und in deren Bereich die Antriebsvorrichtung besonders günstig und effizient eingesetzt werden kann. Solche Nutzfahrzeuge können beispielsweise Omnibusse sein, welche im Nahverkehr eingesetzt werden, wodurch beispielsweise mittels einer Hybridisierung ein besonderes Einsparpotenzial erzielt werden kann. Prinzipiell ist die Anwendung jedoch auch in Parallelhybriden oder in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen möglich.The preferred application of such a drive device is preferably in the range of commercial vehicles, which have an electric drive or a serial hybrid drive and in the area of the drive device can be used particularly cheap and efficient. Such commercial vehicles may be, for example, omnibuses, which are used in local traffic, which can be achieved, for example by means of hybridization, a particular savings potential. In principle, however, the application is also possible in parallel hybrids or in purely electrically driven vehicles.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous embodiments of the motor-gear unit according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which will be described below with reference to the figures.

Die einzelnen Figuren zeigen:The individual figures show:

1 eine Prinzipdarstellung eines Nutzfahrzeugs in einer möglichen Ausgestaltung gemäß der Erfindung; 1 a schematic diagram of a commercial vehicle in a possible embodiment according to the invention;

2 eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch die obere Hälfte einer erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit; 2 a schematic sectional view through the upper half of a motor-gear unit according to the invention;

3 eine Darstellung eines Drehmoment-Zeit-Diagramms zur Erläuterung eines ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer beispielhaften Ausgestaltung; und 3 a representation of a torque-time diagram for explaining a first step of the method according to the invention in an exemplary embodiment; and

4 eine Darstellung eines Drehzahl-Zeit-Diagramms zur Erläuterung eines zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer beispielhaften Ausgestaltung. 4 a representation of a speed-time diagram for explaining a second step of the method according to the invention in an exemplary embodiment.

In der Darstellung der 1 ist stark schematisiert ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Nutzfahrzeug beispielsweise ein Omnibus, zu erkennen. Zum Antrieb des Fahrzeugs 1 dient eine Antriebsvorrichtung 2, welche hier als sogenannter serieller Hybrid ausgebildet sein soll. Dies ist rein beispielhaft zu verstehen.In the presentation of the 1 is highly schematized a vehicle 1 , In particular, a commercial vehicle, for example, a bus to recognize. To drive the vehicle 1 serves a drive device 2 , which should be designed here as a so-called serial hybrid. This is to be understood as an example only.

Die Antriebsvorrichtung 2 umfasst einen Verbrennungsmotor 3, beispielsweise einen Dieselmotor. Dieser treibt einen elektrischen Generator 4 an, welcher über eine Leistungselektronikeinheit 5, welche überdies elektrische Energiespeicher mit aufweisen kann, mit einer Motor-Getriebe-Einheit 6 in Verbindung steht. Über eine Abtriebswelle 7 der Motor-Getriebe-Einheit 6 werden dann direkt oder, wie hier dargestellt, über ein Differential 8 Räder 9 des Nutzfahrzeugs 1 angetrieben. Der Kern der hier dargestellten Antriebsvorrichtung 2 des Nutzfahrzeugs 1 ist die Motor-Getriebe-Einheit 6. Diese weist, wie es bereits in der 1 prinzipmäßig angedeutet ist, eine elektrische Maschine 10 und ein Getriebe 11 auf. Dieses Getriebe 11 ist als Planetengetriebe 11 ausgebildet.The drive device 2 includes an internal combustion engine 3 , for example a diesel engine. This one drives an electric generator 4 which is via a power electronics unit 5 , Which may also have electrical energy storage with, with a motor-gear unit 6 communicates. Via an output shaft 7 the engine-gear unit 6 are then directly or, as shown here, via a differential 8th bikes 9 of the commercial vehicle 1 driven. The core of the drive device shown here 2 of the commercial vehicle 1 is the engine-transmission unit 6 , This points, as it already in the 1 indicated in principle, an electrical machine 10 and a gearbox 11 on. This gear 11 is as a planetary gear 11 educated.

In der Schnittdarstellung der 2 ist nun stark schematisiert die obere Hälfte der Motor-Getriebe-Einheit 6 nochmals in einer Schnittdarstellung angedeutet. Die elektrische Maschine 10, welche sowohl motorisch und bei Bedarf auch generatorisch zur Rekuperation von Bremsenergie betrieben werden kann, umfasst einen Stator 12, welcher drehfest in einem Gehäuse 13 angeordnet ist und einen Rotor 14 umgibt. Der Rotor 14 läuft mit einer Welle 15 um. In der Darstellung der 2 schließt sich in axialer Richtung auf der rechten Seite an diese Welle 15 das Planetengetriebe 11 mit der Abtriebswelle 7 der Motor-Getriebe-Einheit 6 an. Eine Sonne beziehungsweise ein Sonnenrad 16 des Planetengetriebes 11 ist fest mit der Welle 15 der elektrischen Maschine 10 verbunden und gemeinsam mit dieser über die angedeuteten Lager 17 gelagert. Um das Sonnenrad 16 laufen mehrere Planetenräder 18 um, welche in einen gemeinsamen Planetenträger 19 aufgenommen sind. Der Planetenträger 19 stützt sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Lagerung 20 ebenfalls auf der Welle 15 ab. Ferner ist ein Außenkranz 21 vorgesehen, welcher in der üblichen Art und Weise als Hohlrad ausgebildet ist, und welcher sich über eine Lagerung 22 beispielsweise auf dem Planetenträger 19 abstützt.In the sectional view of 2 is now highly schematized the upper half of the engine-transmission unit 6 again indicated in a sectional view. The electric machine 10 , which can be operated by motor and if necessary also as a generator for recuperation of braking energy, comprises a stator 12 , which rotatably in a housing 13 is arranged and a rotor 14 surrounds. The rotor 14 runs with a wave 15 around. In the presentation of the 2 joins this shaft in the axial direction on the right side 15 the planetary gear 11 with the output shaft 7 the engine-gear unit 6 at. A sun or a sun wheel 16 of the planetary gear 11 is stuck with the wave 15 the electric machine 10 connected and together with this about the indicated camps 17 stored. To the sun wheel 16 run several planet gears 18 around which is in a common planet carrier 19 are included. The planet carrier 19 relies in the embodiment shown here on a storage 20 also on the wave 15 from. Furthermore, an outer ring 21 provided, which is formed in the usual manner as a ring gear, and which is about a storage 22 for example, on the planet carrier 19 supported.

Bei dem hier dargestellten Planetengetriebe 11 ist nun außerdem eine Klauenschalteinrichtung 23 vorgesehen. Die hier prinzipmäßig dargestellte Klauenschalteinrichtung 23 weist eine Schaltklaue 24 auf, welche, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, gegenüber der dargestellten Position in axialer Richtung in zwei weitere Positionen verschoben werden kann. Die hier dargestellte Position der Schaltklaue 24 zeigt einen Neutralgang der Motor-Getriebe-Einheit 6, bei welcher die elektrische Maschine 10 von der Abtriebswelle 7 abgekoppelt ist. Die Schaltklaue 24 steht so, dass diese lediglich mit dem Außenkranz 21 in Eingriff steht. Hierdurch ist der Außenkranz 21 lose und kann sich frei in dem Gehäuse 13 bewegen. Eine Kraftübertragung zwischen der mit der Welle 15 verbundenen Sonne 16 und dem mit der Abtriebswelle 7 verbundenen Planetenträger 19 findet in dieser Schaltstellung nicht statt.In the planetary gear shown here 11 is now also a claw switching device 23 intended. The claw switching device shown here in principle 23 has a shift claw 24 on, which, as indicated by the double arrow, can be moved relative to the position shown in the axial direction in two other positions. The position shown here of the shift claw 24 shows a neutral gear of the engine-transmission unit 6 in which the electric machine 10 from the output shaft 7 disconnected. The shift claw 24 is such that these only with the outer ring 21 engaged. This is the outer ring 21 loose and can be free in the case 13 move. A power transmission between the shaft 15 connected sun 16 and with the output shaft 7 connected planet carrier 19 does not take place in this switching position.

Wird die Schaltklaue 24 mit der Klauenschalteinrichtung 23 nun in axialer Richtung in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nach rechts verschoben, dann verbindet sie über ein Gegenelement 26 den Außenkranz 21 mit einem feststehenden Bauteil 25, welches drehfest an dem Gehäuse 13 angeordnet ist. Der Außenkranz 21 wird also „festgehalten”. Hierdurch ergibt sich eine erste Gangstufe der Motor-Getriebe-Einheit 6, welche durch das Verhältnis der Zähnezahl des Außenkranzes 21 und der Sonne 16 festgelegt wird. Um den Aufbau der Motor-Getriebe-Einheit 6 möglichst kompakt zu realisieren, soll diese Übersetzung vorzugsweise in der Größenordung von 1:2,5–3, besonders bevorzugt in der Größenordnung von 1:2,6–2,9, realisiert sein. Die maximale Drehzahl der elektrischen Maschine 10 wird dann um das 1,5–2-fache gegenüber der gewünschten maximalen Drehzahl der Abtriebswelle 7 überhöht. Dieser Aufbau lässt sich außerordentlich kompakt realisieren.Will the shift claw 24 with the claw switching device 23 now shifted to the right in the axial direction in the embodiment shown here, then it connects via a counter element 26 the outer wreath 21 with a fixed component 25 , which rotatably on the housing 13 is arranged. The outer wreath 21 is thus "held". This results in a first gear ratio of the engine-transmission unit 6 which is determined by the ratio of the number of teeth of the outer ring 21 and the sun 16 is determined. To build the engine-transmission unit 6 As compact as possible to realize this translation is preferably in the order of 1: 2.5-3, particularly preferably in the order of 1: 2.6-2.9, realized. The maximum speed of the electric machine 10 is then 1.5-2 times greater than the desired maximum speed of the output shaft 7 excessive. This structure can be realized extremely compact.

Wird die Schaltklaue 24 nun aus ihrer Neutralposition in die andere Richtung, also in axialer Richtung in der Darstellung der 2 nach links verschoben, dann verbindet sie über ein weiteres Gegenelement 27 den Außenkranz 21 mit dem Planetenträger 19 beziehungsweise der mit dem Planetenträger 19 verbundenen Abtriebswelle 7. Planetenträger 19 und Außenkranz 21 bilden also eine gegeneinander feststehende Einheit, wodurch sich eine Übersetzung von 1:1 in dem Planetengetriebe 11 als zweite Gangstufe ergibt.Will the shift claw 24 now from its neutral position in the other direction, ie in the axial direction in the representation of 2 moved to the left, then it connects via another counter element 27 the outer wreath 21 with the planet carrier 19 or with the planet carrier 19 connected output shaft 7 , planet carrier 19 and outer wreath 21 So form a mutually fixed unit, resulting in a translation of 1: 1 in the planetary gear 11 as the second gear.

Der außerordentlich kompakte Aufbau ermöglicht sehr einfach und platzsparend die Anforderungen an eine Motor-Getriebe-Einheit 6 in einem hybridisierten oder elektrisch ausgestalteten Antriebsstrang ideal zu erfüllen. Der Aufbau der Motor-Getriebe-Einheit 6 kann dabei insbesondere in dem einen hier dargestellten Gehäuse 13 integriert sein, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem ersten Gehäuseteil 13.1 um die elektrische Maschine 10 und einem zweiten Gehäuseteil 13.2 um das Planetengetriebe 11 besteht. Das Gehäuseteil 13.2 kann dabei vorzugsweise in Richtung des anderen Gehäuseteils 13.1 offen ausgebildet sein, sodass eine einfache und effiziente Montage des Planetengetriebes 11 erfolgen kann. Die beiden Gehäuseteile 13.1 und 13.2 werden dann zu dem gemeinsamen Gehäuse 13 verbunden, beispielsweise über angedeutete Flansche, welche über Schrauben oder dergleichen, verbunden werden. Auch eine Schweißverbindung der Gehäuseteile 13.1 und 13.2 ist im Prinzip denkbar und möglich.The extremely compact design allows very simple and space-saving the requirements of a motor-gearbox unit 6 to ideally meet in a hybridized or electrically designed powertrain. The structure of the engine-transmission unit 6 can in particular in the one case shown here 13 be integrated, which in the illustrated embodiment of a first housing part 13.1 around the electric machine 10 and a second housing part 13.2 around the planetary gear 11 consists. The housing part 13.2 can preferably in the direction of the other housing part 13.1 be open, so that a simple and efficient installation of the planetary gear 11 can be done. The two housing parts 13.1 and 13.2 then become the common housing 13 connected, for example via indicated flanges, which are connected by screws or the like. Also a welded connection of the housing parts 13.1 and 13.2 is conceivable and possible in principle.

Die in dieser Art aufgebaute Motor-Getriebe-Einheit 6 lässt sich, wie bereits mehrfach erwähnt, außerordentlich kompakt realisieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine 10 und das Planetengetriebe 11 über einen gemeinsamen Ölkreislauf verfügen, welcher sowohl zur Schmierung als auch zur Kühlung der elektrischen Maschine 10 und des Planetengetriebes 11 eingesetzt wird.The constructed in this way engine-transmission unit 6 can, as already mentioned several times, realize extremely compact. This is especially true when the electric machine 10 and the planetary gear 11 have a common oil circuit, which both for lubrication and for cooling the electric machine 10 and the planetary gear 11 is used.

Über das Klauenschaltelement 23 mit der Schaltklaue 24 lässt sich der Aufbau sehr einfach und kompakt realisieren. Ein Klauenschaltelement 23 muss dabei jedoch immer entsprechend synchronisiert werden, um auch ohne mechanische Synchronisationseinrichtungen eine sichere und zuverlässige Schaltung zu ermöglichen. In dem Diagramm der 3 ist nun beispielhaft ein erster Schaltschritt eines Schaltablaufs bei der Motor-Getriebe-Einheit 6 dargestellt. Durch Aufbau der Motor-Getriebe-Einheit 6 mit der elektrischen Maschine 10 lässt sich ein Abbremsen und Beschleunigen der elektrischen Maschine 10 und damit eine gezielte Variation des Drehmoments M und/oder der Drehzahl n über die elektronische Ansteuerung der elektrischen Maschine 10, beispielsweise über eine hier nicht dargestellten Umrichter, einfach und effizient realisieren. Beispielhaft soll ein entsprechender Schaltschritt des Schaltvorgangs, welcher sich aus zwei einzelnen Schaltschritten zusammensetzt, anhand des Diagramms des Drehmoments M über der Zeit t in der 3 erläutern. Die Erläuterung erfolgt dabei am Beispiel einer Hochschaltung, lässt sich jedoch von dem Fachmann problemlos auch auf ein Runterschalten entsprechend übertragen.About the claw switching element 23 with the shift claw 24 the structure can be realized very simply and compactly. A claw switching element 23 However, it must always be synchronized accordingly to allow safe and reliable switching even without mechanical synchronization devices. In the diagram of 3 is now an example of a first switching step of a switching sequence in the engine-transmission unit 6 shown. By building the engine-gear unit 6 with the electric machine 10 can slow down and accelerate the electric machine 10 and thus a targeted variation of the torque M and / or the rotational speed n via the electronic control of the electric machine 10 , Realize easily and efficiently, for example via a converter, not shown here. By way of example, a corresponding switching step of the switching operation, which is composed of two individual switching steps, based on the diagram of the torque M over the time t in the 3 explain. The explanation is made using the example of an upshift, but can be easily transferred to a downshift accordingly by the expert.

Die Schaltung erfolgt dabei ausgehend von einer nicht dargestellten Startdrehzahl n und einem Drehmoment Ma. Diese beiden Größen charakterisieren den jeweiligen Schaltvorgang. Zum Zeitpunkt tS erfolgt ein Startbefehl für den gesamten Schaltvorgang. Wie an der unten dargestellten Drehmomentkurve zu erkennen ist, wird durch die Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 das Drehmoment MA entsprechend reduziert, da die Schaltklaue 24 aus ihrem Gegenelement, beispielsweise dem Gegenelement 26, nur ausgerückt werden kann, wenn das Drehmoment in etwa Null ist beziehungsweise unter dem in der Darstellung der 3 mit MG bezeichneten Grenzdrehmoment liegt. Nun ist es einerseits aufwändig, das aktuelle Drehmoment zuverlässig zu messen und andererseits benötigt der Aktuator zum Ausrücken der Schaltklaue 24 von dem Gegenelement 26 ohnehin eine gewisse Zeit, welche in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen, Schmierung, Temperatur und dergleichen in der Praxis typischerweise nicht bekannt ist.The circuit is carried out starting from a starting speed n, not shown, and a torque M a . These two variables characterize the respective switching process. At time t S , a start command for the entire switching operation takes place. As can be seen from the torque curve shown below, the control of the electric machine 10 the torque M A correspondingly reduced because the shift claw 24 from its counter element, for example the counter element 26 , can only be disengaged when the torque is approximately zero or below that in the representation of 3 limit torque indicated by M G. Now it is time consuming on the one hand to reliably measure the current torque and on the other hand requires the actuator to disengage the shift claw 24 from the counter element 26 anyway a certain amount of time, which is typically not known in practice depending on manufacturing tolerances, lubrication, temperature and the like.

Anstatt die vollständige Drehmomentreduktion des Drehmoments MA auf einen Wert kleiner als MG abzuwarten, wird nach einer vorgegebenen Zeit, ausgehend von dem Schaltbefehl tS das Ausrücken der Schaltklaue 24 über den Aktuator gestartet. Dies findet zum Zeitpunkt tA statt. Fällt das Ende der benötigten Betätigungszeitspanne ΔtAb des Aktuators mit dem Erreichen eines Drehzahlwerts unterhalb MG zusammen, dann war der erste Schaltschritt erfolgreich und kann so bei der nächsten gleichartigen Schaltung, welche durch ein gleiches Drehmoment in eine gleiche Drehzahl als Ausgangsgröße charakterisiert ist, vergleichbar durchgeführt werden. Ist er jedoch nicht erfolgreich gewesen, weil das Drehmoment MA noch nicht ausreichend reduziert war, dann erfolgt eine Korrektur des Startzeitpunkts tA in der Art, dass der Zeitabstand zwischen dem Startzeitpunkt tA und dem Schaltbefehl tS verringert wird. Bei der nächsten gleichartigen Schaltung wird dann dieser abgespeicherte verringerte Wert als vorgegebener Zeitwert für den Startzeitpunkt tA verwendet und, falls der Schaltschritt wiederum nicht optimal verläuft, wird dieser Wert erneut angepasst. Durch diese Adaption des Zeitwerts wird der Schaltschritt mit zunehmender Anzahl an Schaltungen entsprechend verbessert, um so einen sehr schnellen, zuverlässigen und komfortablen ersten Schaltschritt zu erreichen.Instead of waiting for the complete torque reduction of the torque M A to a value smaller than M G , after a predetermined time, starting from the switching command t S, the disengagement of the shift dog 24 started via the actuator. This takes place at time t A. If the end of the required actuation period Δt Ab of the actuator coincides with the attainment of a speed value below M G , then the first switching step was successful and can be compared in the next similar circuit, which is characterized by a same torque in an equal speed as an output be performed. However, if it has not been successful because the torque M A has not been sufficiently reduced, then a correction of the starting time t A in such a way that the time interval between the start time t A and the switching command t S is reduced. In the next similar circuit then this stored reduced value is used as the predetermined time value for the start time t A and, if the switching step again is not optimal, this value is adjusted again. By this adaptation of the time value, the switching step is correspondingly improved with increasing number of circuits so as to achieve a very fast, reliable and comfortable first switching step.

Alternativ zu einer solchen reinen Zeitadaption ließe sich auch der Verlauf des Drehmomentabbaus, welcher beispielsweise linear oder anhand einer 1 – cos Funktion erfolgen kann, entsprechend variieren wie es gestrichelt dargestellt ist, indem beispielsweise die Steigung des Drehmomentabbaus im verfügbaren Bereich vergrößert wird, um das Drehmoment so schneller abzubauen. Auch hier kann eine entsprechende Adaption des Formelwerts zum Abbau des Drehmoments in vergleichbarer Art und Weise erfolgen.As an alternative to such a pure time adaptation, the course of the torque reduction, which can be linear or based on a 1-cos function, could be varied accordingly, as shown in dashed lines, for example by increasing the slope of the torque reduction in the available range to the torque to reduce faster. Again, a corresponding adaptation of the formula value for reducing the torque can be done in a comparable manner.

Nachdem die Schaltklaue 24 nun die Neutralstellung, welche in der Darstellung der 2 dargestellt ist, erreicht hat, kann über einen entsprechenden Geber, beispielsweise einen Mikroschalter oder einen entsprechenden Kontakt oder eine abfallende Leistungsaufnahme eines elektrischen Aktuators für die Schaltklaue 24 oder dergleichen, diese Neutralstellung detektiert werden. Diese löst dann ein Startsignal für einen zweiten Schaltschritt aus. Bei diesem Schaltschritt wird, wie es in der 4 beispielhaft dargestellt ist, durch die elektrische Maschine die Drehzahl n entsprechend reduziert, um sich der hier auf einer Mittellinie dargestellten Synchrondrehzahl nSync beziehungsweise Zieldrehzahl anzupassen. Der Drehzahlverlauf kann dabei einfach und effizient gemessen werden, da die Drehzahl zu bestimmten Zeitpunkten am CAN-Bus zur Verfügung steht. Diese Zeitpunkte beziehungsweise zugeordneten Drehzahlwerte sind in dem Diagramm der 4 mit n1 bis n4 beziehungsweise mit t1 bis t4 dargestellt. Der Aktuator startet auch hier analog dem Abbau des Drehmoments M wiederum zu einem vorgegebenen Zeitpunkt tx oder alternativ dazu zu einer mit diesem Zeitpunkt zusammenhängenden Drehzahl nx, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Drehzahlen n2 und n3 liegen würde. Der Startzeitpunkt tx liegt dabei um ΔtSy vor dem Synchronisationszeitpunkt tSync. Der vorhergesagte Synchronisationszeitpunkt tSync,Präd lässt sich im Prinzip vorausberechnen durch die Formel tSync,Präd = tn + (nn – nn-1)/(tn – tn-1) × (nn – nSync) oder er lässt sich anhand einer Tabelle bei der jeweiligen Startdrehzahl entsprechend nachschlagen. Da der Aktuator in der Realität eine zusätzliche unbekannte Zeitspanne ΔtE zusätzlich zu ΔtSy benötigt, wird die Klaue in der Regel aber zu früh oder zu spät eingelegt, wenn man von einem theoretisch vorausbestimmten Zeitpunkt tx beziehungsweise einer damit korrespondierenden Drehzahl nx zum Auslösen des Aktuators ausgeht. In der Darstellung der 4 lässt sich dies daran erkennen, dass ein Drehzahlsprung Δn beim Einlegen der Schaltklaue 24 zum Zeitpunkt tE auftritt, da die durch die elektrische Maschine 10 abgebaute Drehzahl n im dargestellten Ausführungsbeispiel bereits unterhalb der Zieldrehzahl nSync lag. Nun lässt sich dieser Drehzahlsprung Δn beispielsweise über den Umrichter erkennen oder daran, dass bei einer geregelten Drehzahlreduktion über einen PI-Regler der I-Anteil ab dem „Nulldurchgang” bei der Zieldrehzahl nSync abfällt. Durch einen solchen Sprung und das Vorzeichen des Drehzahlsprungs Δn lässt sich dann eine Korrektur der Zeitspanne ΔtSy einschließlich des unbekannten Anteils ΔtE beziehungsweise des Zeitpunkts tx oder der damit korrespondierenden Drehzahl vornehmen und abspeichern. Beim nächsten vergleichbaren Schaltvorgang kann dann auf Basis dieser Werte das Auslösen des Aktuators für die Schaltklaue 24 erfolgen und somit die Schaltung verbessert werden. Mit zunehmender Anzahl an Schaltungen steigt die Qualität des Schaltschritts und damit des gesamten Schaltvorgangs und dieser erfolgt nach einiger Zeit der Adaption mit der maximal möglichen Schaltgeschwindigkeit.After the shift claw 24 now the neutral position, which in the representation of the 2 is achieved, can via a corresponding encoder, such as a microswitch or a corresponding contact or a falling power consumption of an electric actuator for the shift claw 24 or the like, this neutral position can be detected. This then triggers a start signal for a second switching step. In this switching step, as in the 4 is exemplified by the electric machine, the speed n reduced accordingly to adapt to the here shown on a center line synchronous speed n Sync or target speed. The speed curve can be easily and efficiently measured, since the speed is available at certain times on the CAN bus. These times or associated speed values are in the diagram of 4 represented by n 1 to n 4 and t 1 to t 4 . The actuator also starts here analogously to the reduction of the torque M again at a predetermined time t x or alternatively to a speed associated with this time n x , which would lie in the embodiment shown here between the speeds n 2 and n 3 . The starting time t x lies here by Δt Sy before the synchronization time t Sync . The predicted synchronization time t Sync, Pred can in principle be precalculated by the formula t Sync, pred = t n + (n s - n n-1) / (t n - t n-1) x (n n - n sync) or he can look up according to a table at the respective starting speed accordingly. Since the actuator in reality requires an additional unknown period Δt E in addition to Δt Sy , the claw is usually inserted too early or too late, if one starts from a theoretically predetermined time t x or a corresponding speed n x of the actuator. In the presentation of the 4 This can be recognized by the fact that a speed jump .DELTA.n when inserting the shift dog 24 at the time t E occurs because the by the electric machine 10 degraded speed n in the illustrated embodiment already below the target speed n Sync was. Now, this speed jump .DELTA.n can be detected, for example via the inverter or because at a controlled speed reduction via a PI controller, the I component drops from the "zero crossing" at the target speed n sync . By such a jump, and the sign of the speed jump .DELTA.n can then correct the time .DELTA.t Sy including the unknown parts .DELTA.t E and the timing t x or corresponding thereto speed carry and store. At the next comparable switching operation can then based on these values, the triggering of the actuator for the shift claw 24 take place and thus the circuit can be improved. With increasing number of circuits, the quality of the switching step and thus of the entire switching operation increases and this takes place after some time of adaptation with the maximum possible switching speed.

Als Startwerte für die Adaption lassen sich dabei in beiden Schaltschritten sowohl theoretisch berechnete Werte als auch an einem beispielhaften Getriebeaufbau simulierte oder tatsächlich aufgenommene und in einem Kennfeld hinterlegte Werte verwenden. Zusätzlich können diese Werte mit weiteren Einflussgrößen gewichtet werden, insbesondere mit der Temperatur des Getriebes, sodass beispielsweise ein Kennfeld mit den vorgegebenen und adaptierten Werten eine temperaturabhängige Verschiebung seiner Einzelwerte erfährt.As starting values for the adaptation, both theoretically calculated values and values simulated or actually recorded and stored in a characteristic map can be used in both switching steps. In addition, these values can be weighted with further influencing variables, in particular with the temperature of the transmission, so that, for example, a characteristic diagram with the predetermined and adapted values undergoes a temperature-dependent shift of its individual values.

Durch die unabhängige Adaption der beiden Schaltschritte des Schaltvorgangs lässt sich eine sehr gute und schnelle Anpassung aller an dem Schaltvorgang beteiligten Einzelschritte erreichen. Fertigungstoleranzen und unvermeidliche Abweichungen zwischen den einzelnen Getrieben lassen sich so durch die Adaption mit zunehmender Laufzeit eliminieren, die Schaltung stellt sich selbst auf den idealen Schaltablauf ein. Außerdem kann eine Adaption auch bei eventuellen Verschleißerscheinungen innerhalb des Getriebes 11 für eine weiterhin zuverlässige Funktionalität der Motor-Getriebe-Einheit 6 sorgen. Da ein solcher Verschleiß jedoch immer auch kritisch ist, besteht aufgrund derart gespeicherter Werte die Möglichkeit über eine Diagnosesoftware, beispielsweise bei einem Serviceaufenthalt in einer Werksatt, eine entsprechende Veränderung der abgespeicherten Werte zu erkennen. Eine über eine bestimmte Grenze hinausgehende Adaption beziehungsweise eine sich stetig verändernde Anpassung der Werte kann so über die Diagnosesoftware erkannt werden. Ist diese Veränderung so groß, dass von einem Fehler oder einem die Funktion beeinträchtigenden Verschleiß ausgegangen werden muss, dann kann frühzeitig, im Allgemeinen bevor Bauteile zerstört werden und das Getriebe 11 nachhaltig schädigen, bei einer Wartung durch eine veränderte Einstellung, ein Austausch des verschlissenen Bauteils oder dergleichen eingegriffen werden.Due to the independent adaptation of the two switching steps of the switching operation, a very good and fast adaptation of all individual steps involved in the switching operation can be achieved. Manufacturing tolerances and inevitable Deviations between the individual gears can thus be eliminated by the adaptation with increasing transit time, the circuit adjusts itself to the ideal switching sequence. In addition, an adaptation to any signs of wear within the transmission 11 for a continued reliable functionality of the engine-transmission unit 6 to care. However, since such wear is always critical, due to such stored values, it is possible to recognize a corresponding change in the stored values by means of diagnostic software, for example during a service stay in a factory seat. An adaptation which exceeds a certain limit or a constantly changing adaptation of the values can thus be recognized by the diagnostic software. If this change is so great that it must be assumed that a fault or a function-impairing wear, then early, generally before components are destroyed and the gearbox 11 sustainably damage, be intervened in a maintenance by changing the setting, replacement of the worn component or the like.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102009055242 A1 [0003] DE 102009055242 A1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Durchführen eines Schaltschritts in einem zumindest teilweise von einer elektrischen Maschine (10) angetriebenen Getriebe (11) mit wenigstens einem Klauenschaltelement (21), wobei 1.1 das wenigstens eine Klauenschaltelement (23) nach einem Startsignal eine Schaltbewegung ausführt, wobei 1.2 Drehzahl (n) und/oder Drehmoment (M) nach dem Startsignal durch die elektrische Maschine angepasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass 1.3 eine vorgegebene Zeit (tX) nach dem Startsignal oder bei einem damit korrespondierenden Wert ein Aktuator zum Betätigen des Klauenschaltelements (23) ausgelöst wird, wonach 1.4 eine die Bewegung des Klauenschaltelements (23) zumindest mittelbar charakterisierende Größe erfasst wird, und wonach 1.5 wenn die Größe innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, die vorgegebene Zeit (tA, tx) oder der damit korrespondierende Wert oder eine Funktion anhand der die elektrischen Maschine (10) die Drehzahl (n) und/oder das Drehmoment (N) anpasst unverändert bleibt, oder wenn die Größe außerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt, die vorgegebene Zeit (tA, tx) oder der damit korrespondierende Wert oder eine Funktion anhand der die elektrischen Maschine (10) die Drehzahl (n) und/oder das Drehmoment (M) anpasst, verändert und bei einem nachfolgenden vergleichbaren Schaltschritt verwendet wird.Method for carrying out a switching step in an at least partially electrical machine ( 10 ) driven gear ( 11 ) with at least one claw switching element ( 21 ), wherein 1.1 the at least one claw switching element ( 23 ) performs a switching movement after a start signal, 1.2 speed (s) and / or torque (M) are adapted to the start signal by the electric machine, characterized in that 1.3 a predetermined time (t X ) after the start signal or at a so corresponding value an actuator for actuating the claw switching element ( 23 ), whereby 1.4 a the movement of the claw switching element ( 23 ) is detected at least indirectly characterizing size, and which 1.5 when the size is within a predetermined interval, the predetermined time (t A , t x ) or the value corresponding thereto or a function based on the electrical machine ( 10 ) the speed (n) and / or the torque (N) adapts unchanged, or if the magnitude is outside a predetermined interval, the predetermined time (t A , t x ) or the value corresponding thereto or a function based on the electrical Machine ( 10 ) the speed (s) and / or the torque (M) adapts, changes and is used in a subsequent comparable switching step. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltvorgang sich aus zwei Schaltschritten gemäß Anspruch 1 zusammensetzt, wobei durch einem Schaltbefehl (tS) das Startsignal für den ersten Schaltschritt ausgelöst wird, in welchem das Drehmoment (M) reduziert und das Klauenschaltelement (23) aus seinem Kontakt mit einem ersten Gegenelement (26, 27) ausgerückt wird, und wobei mit Erreichen einer Neutralstellung des Klauenschaltelements (23) das Startsignal für den zweiten Schaltschritt ausgelöst wird, in welchem die Drehzahl (n) an eine Zieldrehzahl (nSync) angepasst, und das Klauenschaltelement (23) mit einem zweiten Gegenelement (27, 26) in Eingriff gebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that a switching operation is composed of two switching steps according to claim 1, wherein by a switching command (t S ), the start signal for the first switching step is triggered, in which the torque (M) is reduced and the jaw switching element ( 23 ) from its contact with a first counter element ( 26 . 27 ), and wherein upon reaching a neutral position of the claw switching element ( 23 ) the starting signal for the second switching step is triggered, in which the rotational speed (n) is adapted to a target rotational speed (n Sync ), and the jaw switching element ( 23 ) with a second counter element ( 27 . 26 ) is engaged. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Bewegung des Klauenschaltelements (23) zumindest mittelbar charakterisierende Größe zumindest eine der nachfolgenden Größen verwendet wird: – Leistungsaufnahme des Aktuators; – Zeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl; – Schwingung im Antriebsstrang; – Drehzahländerung (Δn) durch den Schaltschritt; und/oder – der I-Anteil einer PI-Regelung der Drehzahl- und/oder Drehmomentänderung.A method according to claim 1 or 2, characterized in that as the movement of the claw switching element ( 23 ) at least indirectly characterizing size at least one of the following variables is used: - power consumption of the actuator; - Time to reach a predetermined speed; - vibration in the drive train; - Speed change (Δn) by the switching step; and / or - the I component of a PI control of the speed and / or torque change. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit (tA, tx) oder der damit korrespondierende Wert eine Funktion anhand der die elektrischen Maschine (10) die Drehzahl (n) und/oder das Drehmoment (M) anpasst in Abhängigkeit des Ausgangsdrehmoments und der Ausgangsdrehzahl in einem Kennfeld gespeichert werden.A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the predetermined time (t A , t x ) or the value corresponding thereto a function based on the electrical machine ( 10 ) the speed (n) and / or the torque (M) adapts depending on the output torque and the output speed are stored in a map. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit oder der damit korrespondierende Wert eine Funktion ist, anhand der die elektrischen Maschine (10) die Drehzahl (n) und/oder das Drehmoment (M) in Abhängigkeit der Temperatur des Getriebes (11) angepasst wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the predetermined time or the value corresponding thereto is a function, on the basis of which the electrical machine ( 10 ) the speed (n) and / or the torque (M) as a function of the temperature of the transmission ( 11 ) is adjusted. Motor-Getriebe-Einheit (6) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für eine zumindest teilweise elektrische Antriebsvorrichtung (12), mit 6.1 einer elektrischen Maschine (10), und 6.2 einem mit der elektrischen Maschine (10) verbundenen Planetengetriebe (11), mit einem Sonnenrad (16), mit mehreren auf einem umlaufenden Planetenträger (19) gelagerten Planetenrädern (18) und mit einem als Hohlrad ausgebildeten Außenkranz (21), dadurch gekennzeichnet, dass 6.3 das Sonnerad (16) mit einer Welle (15) der elektrischen Maschine (10) fest verbunden ist, 6.4 der Planetenträger (19) mit einer Abtriebswelle (7) fest verbunden ist, 6.5 eine Klauenschalteinrichtung (23), über welche wahlweise eine erste Gangstufe, eine zweite Gangstufe oder eine Neutralstufe schaltbar ist, vorgesehen ist, wobei 6.6 über die Schalteinrichtung (23) in der ersten Gangstufe der Außenkranz (21) mit einem feststehenden Bauteil (25) verbunden ist, wobei 6.7 über die Schalteinrichtung (23) in der zweiten Gangstufe der Außenkranz (21) mit dem Planetenträger (19) verbunden ist, und wobei 6.8 über die Schalteinrichtung (23) in der Neutralstufe der Außenkranz (21) freigegeben ist.Engine transmission unit ( 6 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, for an at least partially electric drive device ( 12 ), with 6.1 an electric machine ( 10 ), and 6.2 one with the electric machine ( 10 ) connected planetary gear ( 11 ), with a sun wheel ( 16 ), with several on a rotating planet carrier ( 19 ) mounted planetary gears ( 18 ) and formed with a ring gear as outer ring ( 21 ), characterized in that 6.3 the Sonnerad ( 16 ) with a wave ( 15 ) of the electric machine ( 10 ), 6.4 the planet carrier (6.4) 19 ) with an output shaft ( 7 ), 6.5 a claw switching device ( 23 ), via which either a first gear stage, a second gear stage or a neutral stage is switchable, is provided, wherein 6.6 via the switching device ( 23 ) in the first gear stage of the outer rim ( 21 ) with a fixed component ( 25 6.7 is connected via the switching device ( 23 ) in the second gear stage the outer rim ( 21 ) with the planet carrier ( 19 ) and 6.8 is connected via the switching device ( 23 ) in the neutral stage of the outer rim ( 21 ) is released. Motor-Getriebe-Einheit (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (11) in der ersten Gangstufe eine Übersetzung von 1:2,5–3 und in der zweiten Gangstufe eine Übersetzung von 1:1 aufweist, wobei die maximale Drehzahl der elektrischen Maschine (10) um das 1,5–2-fache größer ist, als die maximale Drehzahl der Abtriebswelle (7).Engine transmission unit ( 6 ) according to claim 6, characterized in that the planetary gear ( 11 ) in the first gear ratio of 1: 2.5-3 and in the second gear ratio of 1: 1, wherein the maximum speed of the electric machine ( 10 ) is 1.5-2 times larger than the maximum speed of the output shaft ( 7 ). Motor-Getriebe-Einheit (6) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenschaltung ohne mechanische Synchronisiereinrichtungen ausgebildet ist.Engine transmission unit ( 6 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the Claw switching is formed without mechanical synchronizers. Antriebsvorrichtung (12) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) mit einer Motor-Getriebe-Einheit (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.Drive device ( 12 ) for an at least partially electrically powered vehicle ( 1 ) with a motor-gear unit ( 6 ) according to one of claims 6 to 8. Nutzfahrzeug (1), vorzugsweise Omnibus, mit einer Antriebsvorrichtung (12) nach Anspruch 9.Commercial vehicle ( 1 ), preferably omnibus, with a drive device ( 12 ) according to claim 9.
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