DE102011080522A1 - Drehzahl-synchronisiertes Schließen einer Kupplung - Google Patents

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein System (1) zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung (3) vorgestellt. Das System (1) weist eine erste Kupplung (3), einen Verbrennungsmotor (13), einen ersten Elektromotor (15) und eine Regelungseinheit (17) auf. Die erste Kupplung (3) ist mit einer ersten Kupplungsseite (5) mit dem Verbrennungsmotor (13) und mit einer zweiten Kupplungsseite (7) mit dem ersten Elektromotor (15) verbunden. Die Regelungseinheit (17) ist ausgeführt, einen Einkupplungsbeginn (19) der ersten Kupplungsseite (5) mit der zweiten Kupplungsseite (7) zu detektieren und bei Einkupplungsbeginn (19) eine Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und eine Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) zu ermitteln. Ferner ist die Regelungseinheit (17) ausgeführt, nach dem Einkupplungsbeginn (19) die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und die Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) aneinander anzugleichen.

Description

  • Stand der Technik
  • In vielen Industriezweigen und insbesondere in der Fahrzeugindustrie kommen Kupplungen häufig zum Einsatz. Sie werden verwendet, um ein Drehmoment zwischen Wellen zu übertragen. In Kraftfahrzeugen sind Kupplungen z. B. zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet, welches die vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Kraft in eine Bewegung der Räder umwandelt. In Hybrid-Fahrzeugen können Kupplungen z. B. eingesetzt werden, um zwischen einem elektrischen Betrieb und einem Verbrennungsbetrieb umzuschalten.
  • Generell werden bei Kraftfahrzeugen in der Regel Reibkupplungen verwendet. Diese können jedoch recht komplex im Aufbau und relativ kostenintensiv sein. Zusätzlich gibt es bei dieser Art von Kupplung immer eine Drehmomentbegrenzung. Alternative kostengünstigere Kupplungsarten wie z.B. Freiläufe und Klauenkupplungen werden aktuell nicht in komfortbestimmenden Bereichen verwendet, da bei diesen beim Schließen bzw. Verbinden der Kupplungshälften auf Grund einer Drehzahldifferenz ein hörbarer und ggf. spürbarer Momentenwechsel stattfindet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es kann daher ein Bedarf an einer verbesserten möglichst Geräusch- und Ruckfreien Möglichkeit bestehen eine kostengünstige Kupplung während der Bewegung der gegenüberliegenden Kupplungshälften zu schließen.
  • Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung vorgestellt. Das System weist eine erste Kupplung, einen Verbrennungsmotor, einen ersten Elektromotor und eine Regelungseinheit auf. Die erste Kupplung weist eine erste Kupplungsseite und eine zweite Kupplungsseite auf. Die erste Kupplungsseite ist mit dem Verbrennungsmotor und die zweite Kupplungsseite mit dem ersten Elektromotor verbunden. Die Regelungseinheit ist dabei ausgeführt, einen Einkupplungsbeginn der ersten Kupplungsseite mit der zweiten Kupplungsseite zu detektieren und bei Einkupplungsbeginn eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und eine Drehzahl des ersten Elektromotors zu ermitteln. Ferner ist die Regelungseinheit ausgeführt, nach dem Einkupplungsbeginn die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Drehzahl des ersten Elektromotors aneinander anzugleichen.
  • Anders ausgedrückt basiert die Idee der Erfindung darauf, die Drehzahldifferenz der beiden Kupplungshälften auf etwa Null zu regeln, nachdem die sich entsprechenden Elemente in der richtigen Position sind. D.h. z. B. bei einer Klauenkupplung, nachdem eine Klaue auf der ersten Seite der Kupplung einer Ausnehmung auf der anderen Seite der Kupplung liegt. Auf diese Weise wird beim Einkupplungsbeginn durch einen zumindest geringen Drehzahlunterschied der beiden Kupplungshälften ein „Zahn auf Zahn“ vermieden. Nachdem „die Zähne die Lücken gefunden haben“, wird die Drehzahldifferenz auf Null reduziert, so dass beim formschlüssigen Berühren der beiden Kupplungshälften ein Schlag bzw. ein Ruck vermieden wird. Dies wird durch eine schnelle Steuerungstechnik und insbesondere eine sehr schnelle Regelung des ersten Elektromotors durch die Regelungseinheit ermöglicht. Die Regelung des Elektromotors kann dabei z.B. im Millisekundenbereich stattfinden.
  • Dank des erfindungsgemäßen Systems können zum Verbinden eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor z. B. bei Hybridfahrzeugen technisch einfachere und kostengünstigere Kupplungen wie z. B. Klauenkupplungen oder Freilaufkupplungen verwendet werden, ohne dass Einbußen im Fahrkomfort zu erwarten sind.
  • Das erfindungsgemäße System kann bei reinen Kupplungsanwendungen z.B. im Nutzfahrzeugbereich oder Arbeitsmaschinenbereich eingesetzt werden. Ferner kann das erfindungsgemäße System im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere bei Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Auch der Einsatz in einem Getriebe ist möglich, um Gänge ohne Synchronisierungsringe (Reibkupplungen) schalten zu können.
  • Die erste Kupplung kann z.B. mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch schaltbar sein. Ferner kann die Kupplung als selbstschaltende oder fremdgeschaltete Kupplung ausgeführt sein. Dabei kann die Kupplung vorzugsweise kraftschlüssig oder formschlüssig ausgeführt sein. Z.B. kann die Kupplung als Freilaufkupplung, Klauenkupplung oder Zahnkupplung ausgeführt sein. Die erste Kupplung kann dabei an einem Antriebsstrang angeordnet sein, der einen Verbrennungsmotor mit einem Getriebe verbindet.
  • Der Verbrennungsmotor kann z. B. ein Benzin- oder Dieselmotor sein. Der erste Elektromotor kann eine elektrische Maschine sein, die z. B. als permanent erregte Dreiphasensynchronmaschine ausgeführt ist. Der erste Elektromotor kann zuständig für ein elektrisches Antriebsmoment am Getriebeeingang sein. Optional kann der erste Elektromotor der Hauptmomentträger im gesamten Antriebsstrang sein.
  • Die Regelungseinheit, auch als Steuerungselektronik bezeichnet, kann bidirektional mit der ersten Kupplung, dem ersten Verbrennungsmotor und dem ersten Elektromotor verbunden sein. Die Regelungseinheit kann auch durch ein verteiltes System aus mehreren Einheiten die untereinander kommunizieren realisiert sein. Das heißt, die Regelungseinheit kann z. B. Signale wie Positions- oder Drehzahlsignale von den einzelnen Elementen empfangen und ein Regelungssignal an die jeweiligen Elemente versenden. Dabei können beispielsweise am Antriebsstrang insbesondere an der ersten Kupplung Positionssensoren wie z. B. Hall-Sensoren, Wegsensoren oder Zeitsensoren vorgesehen sein.
  • Die erste Kupplung weist eine erste Kupplungsseite und eine zweite Kupplungsseite auf. Die erste Kupplungsseite und die zweite Kupplungsseite können z. B. symmetrisch ausgeführt sein. Die erste Kupplungsseite ist mit dem Verbrennungsmotor gegebenenfalls über eine zweite Kupplung verbindbar. Die zweite Kupplungsseite kann z. B. permanent mit dem ersten Elektromotor verbunden sein.
  • Die Regelungseinheit ist dabei ausgeführt, einen Einkupplungsbeginn der ersten Kupplungsseite mit der zweiten Kupplungsseite zu detektieren. Der Einkupplungsbeginn kann z. B. der Zeitpunkt bzw. der Vorgangszustand sein, bei dem die erste Kupplungsseite einen vorgebbaren Abstand zur zweiten Kupplungsseite aufweist. In diesem Fall kann die Regelungseinheit den Einkupplungsbeginn mit Hilfe von Wegsensoren beispielsweise an der ersten und an der zweiten Kupplungsseite detektieren. Ferner kann die Regelungseinheit den Einkupplungsbeginn über Positionssensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren detektieren. Zusätzlich kann der Einkupplungsbeginn mit Hilfe von Zeitsensoren dadurch detektiert werden, dass ein vorgebbares Zeitintervall nach Betätigung der ersten Kupplung abgemessen wird. Insbesondere bei Klauen- und Zahnkupplungen kann als Einkupplungsbeginn der Zeitpunkt festgelegt sein, an dem sich Zähne und Ausnehmungen der gegenüberliegenden Kupplungsseiten gegenüberliegen, so dass die Kupplungsseiten aufeinander zu bewegt werden können.
  • Sobald ein Einkupplungsbeginn durch die Regelungseinheit festgestellt wurde, ermittelt die Regelungseinheit eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und eine Drehzahl des ersten Elektromotors. Auf diese Weise kann automatisch die Drehzahl der ersten Kupplungsseite und der zweiten Kupplungsseite ermittelt werden und daraus die Drehzahldifferenz berechnet werden. Hierzu können am Verbrennungsmotor und am ersten Elektromotor Drehzahlsensoren angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann am ersten Elektromotor die Drehzahl mit Hilfe der Positionssensorik der einzelnen Phasen des ersten Elektromotors ermittelt werden. Am Verbrennungsmotor kann eine Drehzahl mit Hilfe der Kurbelwellensensorik oder indirekt durch Ermittlung eines Zündwinkels und der Einspritzmenge ermittelt werden. Die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des ersten Elektromotors können kontinuierlich oder in bestimmten Zeitintervallen ermittelt werden.
  • Nach dem Einkupplungsbeginn ist die Regelungseinheit ausgestaltet, die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Drehzahl des ersten Elektromotors aneinander derart anzugleichen, dass bei Einkupplungsende die Differenz der Drehzahlen etwa Null ist. Die Drehzahlen können dabei z. B. dadurch angeglichen werden, dass die Drehzahl des ersten Elektromotors reduziert und gegebenenfalls die Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht wird oder umgekehrt. Vorzugsweise wird die Drehzahl des ersten Elektromotors an die Drehzahl des Verbrennungsmotors angepasst. Hierdurch kann eine volle Synchronisation der beiden Kupplungsseiten erreicht werden und bei Klauen- und Zahnkupplungen ein Aufschlagen der Zähne bzw. Klauen aufeinander vermieden werden. Die Synchronisation findet jedoch erst statt, wenn die Zähne bzw. Klauen und die gegenüberliegenden Lücken der Kupplungsseiten sich gefunden haben so, dass ein „Zahn auf Zahn“ der Kupplungsseiten vermieden wird. Dies kann durch eine schnelle und präzise Regelung und Angleichung vorzugsweise der Drehzahl des ersten Elektromotors erreicht werden. Hierdurch wird das Schließen der Kupplung wesentlich komfortabler.
  • Bei einer Freilaufkupplung läuft die Synchronisation nach dem gleichen Prinzip wie oben beschrieben jedoch etwas anders als bei Klauen- und Zahnkupplungen ab. Um eine Freilaufkupplung komfortabel, d.h. ohne einen „Ruck“, in einen Formschluss zu bringen müssen die Drehzahlen der beiden Freilaufhälften im Bereich, also kurz vor und nach der Drehzahlgleichheit langsam übergehen z.B. in Form einer Parabel oder einer ähnlichen geometrischen Funktion. Erst nach dem Formschluss der beiden Kupplungshälften wird das Moment des neu Verbundenen Elements (z.B. des Verbrennungsmotor oder der Elektromaschine) auf einen Sollwert erhöht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Drehzahl des ersten Elektromotors in Abhängigkeit von einem Abstand der ersten Kupplungsseite von der zweiten Kupplungsseite aneinander angeglichen. D.h., z. B. bei einer Klauenkupplung wird die Differenz der Drehzahlen in Abhängigkeit von einer Formschlussdistanz reduziert. Anders ausgedrückt wird die Differenz zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl des ersten Elektromotors umso mehr heruntergeregelt, je näher sich die erste Kupplungsseite und die zweite Kupplungsseite kommen. Beim Formschluss beider Kupplungsseiten miteinander sind die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des ersten Elektromotors in etwa gleich. Dabei kann die Drehzahldifferenz umgekehrt proportional zur Formschlussdistanz der Kupplungshälften sein. Alternativ kann die Reduzierung der Drehzahldifferenz einer anderen algebraischen Funktion wie beispielsweise einer Parabel folgen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Regelungseinheit ausgeführt, bei Einkupplungsbeginn die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Drehzahl des Elektromotors auf unterschiedliche Werte zu regeln. Anders ausgedrückt regelt die Regelungseinheit die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des ersten Elektromotors direkt bei Einkupplungsbeginn so, dass die Drehzahldifferenz nicht Null ist, sondern zumindest eine kleine Delta-Drehzahl vorhanden ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kupplungshälften nicht Zahn auf Zahn liegen und zusammengeführt werden können. Auf diese Weise wird ein sicheres Einlegen der ersten Kupplungshälfte in die zweite Kupplungshälfte gewährleistet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Regelungseinheit ausgeführt, ein Einkupplungsende zu detektieren und nach dem Einkupplungsende die Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder die Drehzahl des Elektromotors auf einen vorgebbaren Sollwert zu regeln.
  • Das Einkupplungsende kann dabei z. B. der Zeitpunkt sein, an dem die Kupplungshälften in Formschluss sind, d. h., wenn die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Kupplungshälfte Null ist. Das Kupplungsende kann beispielsweise über einen Zeit-, Positions- oder Wegsensor detektiert werden. Nach dem Ende des Einkupplungsvorgangs, also nach dem Einkupplungsende kann insbesondere das Drehmoment des ersten Elektromotors auf einen vorgebbaren Sollwert reguliert werden. Der vorgebbare Sollwert kann dabei beispielsweise durch die Regelungseinheit oder indirekt durch einen Benutzer vorgegeben werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner einen zweiten Elektromotor auf, der mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Die Regelungseinheit ist dabei ausgeführt, den zweiten Elektromotor derart anzusteuern, dass der zweite Elektromotor die Drehzahl des Verbrennungsmotors regelt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System eine zweite Kupplung auf, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem zweiten Elektromotor derart angeordnet ist, dass der Verbrennungsmotor bei geschlossener zweiter Kupplung durch den zweiten Elektromotor antreibbar, regelbar und/oder startbar ist.
  • Der zweite Elektromotor kann z. B. etwas kleiner als der erste Elektromotor ausgeführt sein und eine permanent erregte Dreiphasen-Synchronmaschine darstellen. Der zweite Elektromotor kann für den Start des Verbrennungsmotors zuständig sein und am Antriebsstrang angeordnet sein. Z.B. ist der zweite Elektromotor zwischen der ersten Kupplungsseite und dem Verbrennungsmotor angeordnet.
  • Die zweite Kupplung kann in Analogie zur ersten Kupplung ausgeführt sein und ähnlich durch die Regelungseinheit angesteuert werden. Beispielsweise ist die zweite Kupplung eine Freilauf- oder Klauenkupplung. Die zweite Kupplung kann ausgeführt sein, den Verbrennungsmotor von dem zweiten Elektromotor zu entkoppeln. Der Einsatz des zweiten Elektromotors kann vor allem beim Starten des Verbrennungsmotors die Belastung des ersten Elektromotors bzw. der Regelungseinheit, die mit dem ersten Elektromotor verbunden ist, reduzieren. Durch die erste Kupplung können beispielsweise der erste und der zweite Elektromotor zusammengeschaltet werden.
  • Der zweite Elektromotor kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors beispielsweise dadurch aktiv regeln, dass er diesen antreibt und auf einer konstanten Drehzahl hält, die ohne den zweiten Elektromotor etwas unregelmäßig sein kann. Somit wird durch den zweiten Elektromotor der Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors „geglättet“ und auf diese Weise ein komfortabler Einkupplungsvorgang ermöglicht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Kupplung als Freilaufkupplung ausgeführt. Die Freilaufkupplung kann ausgeführt sein, automatisch, also ohne zusätzliche Aktuatorik, bei einem Drehzahlunterschied der beiden Kupplungshälften zu schalten. Der Einsatz von Freilaufkupplungen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem ersten Elektromotor kann insbesondere in Hybridfahrzeugen vorteilhaft sein, da diese im Vergleich zu in der Regel eingesetzten Kupplungen kostengünstiger sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Kupplung als Klauenkupplung ausgeführt. Dabei können die Klauen der Klauenkupplung abgeschrägt sein. Die zweite Kupplung kann ebenfalls als Klauen- oder Freilaufkupplung ausgeführt sein. Dabei können die erste und die zweite Kupplung als gleiche oder als unterschiedliche Kupplungsart ausgeführt sein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung des oben dargestellten Systems in einem Hybridfahrzeug vorgestellt. Das Hybridfahrzeug ist dabei beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem ersten Elektromotor.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Anordnen einer ersten Kupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem ersten Elektromotor; Verbinden einer ersten Kupplungsseite mit dem Verbrennungsmotor und einer zweiten Kupplungsseite mit dem ersten Elektromotor; Vorsehen einer Regelungseinheit, die mit dem ersten Elektromotor, dem Verbrennungsmotor und der ersten Kupplung funktional verbunden ist; Detektieren eines Einkupplungsbeginns der ersten Kupplungsseite mit der zweiten Kupplungsseite durch die Regelungseinheit; Ermitteln einer Drehzahl des Verbrennungsmotor und einer Drehzahl des ersten Elektromotors bei Einkupplungsbeginn durch die Regelungseinheit; Angleichen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl des ersten Elektromotors aneinander nach dem Einkupplungsbeginn durch die Regelungseinheit.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt einen schematischen Aufbau des Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 2 zeigt einen Ausschnitt der ersten Kupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 3 zeigt die Regelung der Differenz der Drehzahlen des ersten Elektromotors und des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von einer Formschlussdistanz
  • 4 zeigt einen schematischen Aufbau des Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Systems 1 zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung 3 dargestellt. Die erste Kupplung 3 ist an einem Antriebsstrang 9 angeordnet. Auf der ersten Kupplungsseite 5 ist die erste Kupplung 3 mit einem Verbrennungsmotor 13 verbunden. Auf der zweiten Kupplungsseite 7 ist die erste Kupplung 3 mit einem ersten Elektromotor 15 und einem Getriebe 11 verbunden. Eine Regelungseinheit 17, auch als Leistungselektronik bezeichnet, ist auf Verbrennungsmotor-Seite und auf Elektromotor-Seite der ersten Kupplung 3 redundant mit den einzelnen Elementen des Antriebsstrangs 9 verbunden. D.h., die Regelungseinheit 17 kann sowohl eine Drehzahl N1 des Verbrennungsmotors 13 als auch eine Drehzahl N2 des ersten Elektromotors ermitteln. Ferner kann die Regelungseinheit 17 einen Einkupplungsbeginn der ersten Kupplungsseite 5 mit der zweiten Kupplungsseite 7 detektieren. Dies kann beispielsweise über Weg- oder Positionssensoren an der ersten Kupplung 3 geschehen. Ferner kann die Regelungseinheit 17 die Drehzahl N1 des Verbrennungsmotors 13 und die Drehzahl N2 des ersten Elektromotors 15 regeln. Insbesondere kann die Regelungseinheit 17 die Drehzahlen N1, N2 aneinander angleichen.
  • In 1 ist die erste Kupplung 3 beispielhaft als Klauenkupplung ausgeführt. Die erste Kupplung 3 ist in einem offenen Zustand, und die Klauen der ersten Kupplungsseite 5 liegen gegenüber den Klauen der zweiten Kupplungsseite 7. Bei gleichen Drehzahlen N1, N2 auf beiden Kupplungsseiten 5, 7 wäre ein Schließen der ersten Kupplung 3 nicht möglich. Daher ist bei Einkupplungsbeginn eine gewisse Differenz zwischen den Drehzahlen N1, N2 auf den beiden Seiten der ersten Kupplung 3 nötig. Dies kann durch die Regelungseinheit 17 eingestellt werden.
  • Für den Fall, dass die erste Kupplung 3 als Freilaufkupplung ausgeführt ist, kann diese selbstschaltend ausgeführt sein. Ist die Drehzahl N2 des ersten Elektromotors 15 größer ist als die Drehzahl N1 des Verbrennungsmotors 13, schaltet die Freilaufkupplung in Freilauf. Ist die Drehzahl N2 des ersten Elektromotors 15 kleiner als die Drehzahl N1 des Verbrennungsmotors 13, gehen die Kupplungsseiten 5, 7 der Freilaufkupplung einen Formschluss ein, und die Kupplung ist geschlossen.
  • In 2 ist ein Ausschnitt der ersten Kupplung 3, die als Klauenkupplung mit abgeschrägten Klauen ausgeführt ist, dargestellt. In 2 liegen die Klauen der ersten Kupplungsseite 5 gegenüber Ausnehmungen der zweiten Kupplungsseite 7, so dass ein Schließen der Kupplung möglich ist. Dies wird durch unterschiedliche Drehzahlen N1, N2 auf den beiden Kupplungsseiten 5, 7 erreicht. Bei Einkupplungsbeginn befinden sich die erste Kupplungsseite 5 und die zweite Kupplungsseite 7 in einem bestimmten Abstand X voneinander. Dieser Abstand wird auch als Formschlussdistanz X bezeichnet. Die Regelungseinheit 17 kann beispielsweise einen Einkupplungsbeginn detektieren, sobald die Formschlussdistanz X einen Schwellenwert X0 unterschreitet.
  • In 3 ist die Regelung der Differenz der Drehzahlen N1, N2 des ersten Elektromotors 15 und des Verbrennungsmotors 13 in Abhängigkeit von der Formschlussdistanz X dargestellt. Auf der Abszisse ist die Formschlussdistanz X in Millimetern aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Differenz Δ(N1, N2) der Drehzahlen N1, N2 des ersten Elektromotors 15 und des Verbrennungsmotors 13 aufgetragen. Die Differenz der Drehzahlen ist in Umdrehungen pro Minute dargestellt. Bei einer Formschlussdistanz X > X0 ist die erste Kupplung 3 offen.
  • Etwa bei einer Differenz der Drehzahlen N1, N2 von 30 bis 50 Umdrehungen pro Minute wird der Einkupplungsvorgang eingeleitet und ein Einkupplungsbeginn 19 durch die Regelungseinheit 17 detektiert. Je geringer die Formschlussdistanz X wird, umso geringer wird die Differenz Δ(N1, N2). Bei einer Formschlussdistanz von X = 0, also bei geschlossener erster Kupplung 3 ist die Drehzahldifferenz ebenfalls Null.
  • Nachdem die erste Kupplung 3 nun geschlossen ist, detektiert die Regelungseinheit 17 ein Einkupplungsende 21 und regelt beispielsweise die Drehzahl N2 des ersten Elektromotors 15 auf einen vorgebbaren Sollwert.
  • Dank dieser Vorgehensweise und dem Aufbau des Systems 1 wird ein Knallgeräusch und eine Ruckbewegung beim Schließen der ersten Kupplung 3 vermieden.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass die genaue Drehzahlregelung des ersten Elektromotors 15 mit dem ersten Eingreifen der Kupplungshälften die Differenz der Drehzahlen so verringert, dass beim formschlüssigen Berühren beider Kupplungsseiten die Differenz Δ(N1, N2) der Drehzahlen N1, N2 Null ist.
  • In 4 ist die Anwendung des Systems 1 am Beispiel eines Hybridfahrzeugs, welches beispielsweise als Parallel- oder als Seriellhybrid ausgeführt ist, dargestellt. Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Elementen weist das System 1 einen zweiten Elektromotor 23 auf, der im Antriebsstrang 9 angeordnet ist und über eine zweite Kupplung 25 mit dem Verbrennungsmotor 13 verbindbar ist. Das Getriebe 11 ist dabei mit den Rädern 29 des Fahrzeugs verbunden. Ferner weist die Regelungseinheit 17 im in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ein erstes Regelungselement 33 für den ersten Elektromotor 15 und ein davon separates zweites Regelungselement 35 für den zweiten Elektromotor 23 auf. Die Leistungselektronik der zwei Elektromotoren ist also separat ausgeführt, und die Elektromotoren 15, 23 können unabhängig voneinander angesteuert werden. Ferner sind in der Regelungseinheit 17 ein Gleichspannungswandler 31 und ein Ladegerät 37 zum Laden einer Batterie 27 z. B. bei einem Generatorbetrieb des ersten Elektromotors 15 vorgesehen.
  • Beispielsweise kann für den Fall, dass die erste Kupplung 3 geöffnet ist, der erste Elektromotor 15 für ein Anfahren des Hybridfahrzeugs sorgen und der zweite Elektromotor 23 bei geschlossener zweiter Kupplung 25 den Verbrennungsmotor 13 starten. Alternativ kann die erste Kupplung 3 geschlossen und die zweite Kupplung 25 geöffnet sein so, dass beim Anfahren beide Elektromotoren 15, 23 eingesetzt werden. Dabei kann die Drehzahl N1 des Verbrennungsmotors 13 durch eine genaue Drehzahlbestimmung des zweiten Elektromotors 23 an die Drehzahl N2 des ersten Elektromotors 15 schnell angeglichen werden. Der zweite Elektromotor 23 kann die Angleichung der Drehzahlen N1, N2 erheblich beschleunigen. Bei Drehzahlsynchronität des ersten Elektromotors 15 und des zweiten Elektromotors 23 bzw. des Verbrennungsmotors 13 kann die erste Kupplung 3 ruck- und geräuschlos geschlossen werden.
  • Bei einem hybridischen Betrieb können sowohl der erste als auch der zweite Elektromotor 15, 23 als Motoren fungieren. Alternativ kann einer der Elektromotoren 15, 23 als Generator fungieren. Ferner können beide Elektromotoren 15, 23 als Generator wirken. Der Elektromotor 23 kann zusätzlich als Verbrennungsmotorstarteinrichtung verwendet werden. Beim elektrischen Betrieb des Fahrzeugs kann sowohl der erste als auch der zweite Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der Elektromotor 23 und die zweite Kupplung 25 können bei zusätzlicher Verwendung einer separaten Starteinrichtung für den Verbrennungsmotor 13 entfallen.
  • Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend“ oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims (10)

  1. System (1) zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung (3), das System aufweisend eine erste Kupplung (3); einen Verbrennungsmotor (13); einen ersten Elektromotor (15); eine Regelungseinheit (17); wobei die erste Kupplung (3) eine erste Kupplungsseite (5), die mit dem Verbrennungsmotor (13) verbunden ist und eine zweite Kupplungsseite (7), die mit dem ersten Elektromotor (15) verbunden ist, aufweist; wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, einen Einkupplungsbeginn (19) der ersten Kupplungsseite (5) mit der zweiten Kupplungsseite (7) zu detektieren; wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, bei Einkupplungsbeginn (19) eine Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und eine Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) zu ermitteln; wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, nach dem Einkupplungsbeginn (19) die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und die Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) aneinander anzugleichen.
  2. System (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und die Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) in Abhängigkeit von einem Abstand der ersten Kupplungsseite (5) von der zweiten Kupplungsseite (7) aneinander angeglichen werden.
  3. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, bei Einkupplungsbeginn (19) die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und die Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) auf unterschiedliche Werte zu regeln.
  4. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, ein Einkupplungsende (21) zu detektieren; wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, nach dem Einkupplungsende (21) die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und/oder die Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) auf einen vorgebbaren Sollwert zu regeln.
  5. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend einen zweiten Elektromotor (23), der mit dem Verbrennungsmotor (13) verbindbar ist; wobei die Regelungseinheit (17) ausgeführt ist, den zweiten Elektromotor (23) derart anzusteuern, dass dieser die Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) regelt.
  6. System (1) gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend eine zweite Kupplung (25); wobei die zweite Kupplung (25) zwischen dem Verbrennungsmotor (13) und dem zweiten Elektromotor (23) derart angeordnet ist, dass der Verbrennungsmotor (13) bei geschlossener zweiter Kupplung (25) durch den zweiten Elektromotor (23) antreibbar, regelbar und/oder startbar ist.
  7. System (1) einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kupplung (3) als Freilaufkupplung ausgeführt ist.
  8. System (1) einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kupplung (3) als Klauenkupplung ausgeführt ist.
  9. Verwendung des Systems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Hybridfahrzeug.
  10. Verfahren zum Drehzahl-synchronisierten Schließen einer ersten Kupplung (3), das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte Anordnen einer ersten Kupplung (3) zwischen einem Verbrennungsmotor (13) und einem ersten Elektromotor (15); Verbinden einer ersten Kupplungsseite (5) mit dem Verbrennungsmotor (13) und einer zweiten Kupplungsseite (7) mit dem ersten Elektromotor (15); Vorsehen einer Regelungseinheit (17), die mit dem ersten Elektromotor (15), dem Verbrennungsmotor (13) und der ersten Kupplung (3) funktional verbunden ist; Detektieren eines Einkupplungsbeginns (19) der ersten Kupplungsseite (5) mit der zweiten Kupplungsseite (7) durch die Regelungseinheit (17); Ermitteln einer Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und einer Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) bei Einkupplungsbeginn (19) durch die Regelungseinheit (17); Angleichen der Drehzahl (N1) des Verbrennungsmotors (13) und der Drehzahl (N2) des ersten Elektromotors (15) nach dem Einkupplungsbeginn (19) aneinander durch die Regelungseinheit (17).
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