DE102014219099A1 - Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, bei dem das Schaltgetriebe zumindest eine unsynchronisierte Schaltkupplung aufweist, bei dem eine Eingangswelle des Schaltgetriebes mit einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine verbunden oder verbindbar ist, wobei bei Schaltungen der Schaltkupplung eine Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mittels der Elektromaschine erfolgt, wobei ein Zieldrehzahlfenster für die Eingangsdrehzahl bestimmt wird, und wobei das Einkuppeln der Schaltkupplung bewirkt wird, wenn die Eingangsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlfensters liegt. Das Zieldrehzahlfenster liegt bei Hochschaltungen oberhalb der Ausgangsdrehzahl, sodass bei Hochschaltungen die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln immer größer als die Ausgangsdrehzahl ist. Entsprechende Verfahren werden auch für Rückschaltungen und für Schaltungen in mehreren solchen Antriebssträngen eines Fahrzeuges angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zur Schaltsteuerung zumindest eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug.
• Verfahren zur Schaltsteuerung von automatisierten Schaltgetrieben mit unsynchronisierten Schaltkupplungen, sogenannten Klauenkupplungen, bei denen bei Schaltungen einer Klauenkupplung eine Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mittels einer Antriebsmaschine erfolgt, sind im Zusammenhang mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine bekannt.
• In einem Schaltgetriebe tritt bei einer Schaltung zwischen einem Lastgang und einem Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs an der dem Zielgang zugeordneten und noch geöffneten getriebeinternen Schaltkupplung eine Drehzahldifferenz auf, die vor dem Einlegen des Zielgangs, also vor dem Schließen der betreffenden Schaltkupplung ausgeglichen werden muss. Dies wird allgemein als Synchronisierung bezeichnet und erfolgt praktisch durch eine Drehzahlanpassung des mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbundenen eingangsseitigen Teils der Schaltkupplung an die abtriebsseitige Ausgangsdrehzahl. Bei einer Hochschaltung dreht der eingangsseitige Teil der Schaltkupplung des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs schneller als der ausgangsseitige Teil der Schaltkupplung, so dass die Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs verzögert werden muss. Bei einer Rückschaltung dreht sich der eingangsseitige Teil der Schaltkupplung des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs dagegen langsamer als der ausgangsseitige Teil der Schaltkupplung, so dass die Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs beschleunigt werden muss.
• In einem mit synchronisierten Schaltkupplungen versehenen Schaltgetriebe erfolgt die Synchronisierung des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Schaltkupplung über eine Reibring-Synchronisierungseinrichtung, die der eigentlichen, zumeist als Klauenkupplung ausgebildeten, formschlüssigen Schaltkupplung vorgeschaltet ist.
• Bei der Synchronisierung des Zielgangs wird die an der Schaltkupplung anliegende Drehzahldifferenz passiv durch die Wirkung einer Schaltkraft durch ein zwischen zwei Reibringen der Synchronisiereinrichtung erzeugtes Reibmoment ausgeglichen, bevor die Schaltkupplung unter der Wirkung der Schaltkraft eingerückt und damit der Zielgang eingelegt werden kann. Derartige sperrsynchronisierte Schaltkupplungen sind jedoch relativ kompliziert aufgebaut und entsprechend teuer. Auch erfordern synchronisierte Schaltkupplungen innerhalb des Schaltgetriebes einen relativ großen Bauraum und vergrößern somit die Abmessungen sowie das Gewicht des Schaltgetriebes. Aufgrund der verschleißbehafteten Wirkungsweise der Synchronisiereinrichtungen ist zudem die Lebensdauer des betreffenden Schaltgetriebes begrenzt.
• Im Gegensatz dazu sind unsynchronisierte Schaltkupplungen einfach und kompakt aufgebaut, preiswert herzustellen, und weisen bei sachgemäß durchgeführten Schaltungen einen geringen Verschleiß und demzufolge eine hohe Lebensdauer auf. In einem mit unsynchronisierten Schaltkupplungen versehenen Schaltgetriebe ist jedoch eine aktive Synchronisierung des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Schaltkupplung erforderlich. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, zur Synchronisierung des Zielgangs die Eingangswelle des Schaltgetriebes bei einer Hochschaltung mittels einer Getriebebremse zu verzögern und bei einer Rückschaltung mittels des Verbrennungsmotors mit zumindest teilweise geschlossener Motorkupplung zu beschleunigen.
• Dazu ist aus der DE 10 330 517 A1 ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Getriebebremse eines automatisierten Getriebes bekannt, bei dem das Schaltverhalten bei Hochschaltungen verbessert werden soll, indem beim Abschalten der Getriebebremse eine bestimmte Vorhaltezeit berücksichtigt wird. Dadurch soll die Getriebeeingangsdrehzahl beim Einkoppeln der Schaltkupplung in ein verhältnismäßig enges Zieldrehzahlfenster gebracht bzw. gebremst werden, in dem der Hochschaltvorgang möglichst schnell durchführbar ist. Die Obergrenze des Zieldrehzahlfensters liegt dabei unterhalb einer Soll-Getriebeeingangsdrehzahl bzw. Synchrondrehzahl.
• Dies führt dazu, dass der abtriebsseitige Antriebsstrang beim Einkoppeln bei jedem Hochschaltvorgang einen abbremsenden Drehmomentstoß bzw. Schaltruck erfährt, der der Beschleunigung des Fahrzeuges entgegenwirkt und diese verzögert. Dasselbe kann bei automatisiert gesteuerten Schaltungsvorgängen passieren, bei denen ein Einkuppeldrehzahlfenster für eine Getriebeeingangsdrehzahl angestrebt wird, dessen Ober- und Untergrenzen oberhalb bzw. unterhalb der exakten Synchrondrehzahl liegen. Derartige Verfahren sind insbesondere im Zusammenhang mit Antriebssträngen von Nutzfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren als Antriebsmaschinen und mit automatisierten Schaltgetrieben bekannt.
• Zur Synchronisierung einer unsynchronisierten Schaltkupplung ist auch die Verwendung einer mit der Eingangswelle verbundenen oder verbindbaren Elektromaschine bekannt, die im Vergleich zu einer Getriebebremse und einem Verbrennungsmotor schneller und exakter steuerbar ist, und mit der die Eingangswelle im generatorischen Betrieb der Elektromaschine verzögert und im motorischen Betrieb beschleunigt werden kann.
• Bei derartigen Antriebssträngen wird bei einer Schaltung von einem Lastgang in einen Zielgang die Eingangswelle des Schaltgetriebes zur Synchronisierung des Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Schaltkupplung von der Elektromaschine bei einer Hochschaltung verzögert und bei einer Rückschaltung beschleunigt, bis die Drehzahldifferenz ∆n_SK = n_{SK_A} – n_{SK_E} zwischen dem ausgangsseitigen Teil und dem eingangsseitigen Teil der Schaltkupplung hinreichend klein ist, so dass die Schaltkupplung eingerückt und damit der Zielgang eingelegt werden kann.
• Bei zu großer Drehzahldifferenz ∆n_SK an der Schaltkupplung werden die Klauen der Schaltkupplung beim Einrücken abgewiesen, so dass es zum so genannten „Ratschen“ der Schaltkupplung kommt. Dies führt neben komfortmindernden Geräuschen und einem hohen Verschleiß an den Klauen der Schaltkupplung zu einer Verzögerung des Einrückvorgangs der Schaltkupplung und damit der gesamten Schaltung. Bei weitgehender Drehzahlgleichheit zwischen dem eingangsseitigen Teil und dem ausgangsseitigen Teil der Schaltkupplung (n_{SK_A} = n_{SK_E}) können die Klauen der beiden Kupplungshälften dagegen aneinander anliegen, so dass das Einrücken der Schaltkupplung ebenfalls nicht möglich ist und bei sehr kleiner Drehzahldifferenz ∆n_SK nur stark verzögert erfolgen kann.
• Bei bekannten Verfahren erfolgt die Verzögerung oder Beschleunigung der Eingangswelle während des Synchronisiervorgangs in der Regel entweder mit konstantem Drehzahlgradienten oder mit konstantem Drehmoment der Elektromaschine. Dadurch tritt beim Einrücken der Schaltkupplung ebenfalls ein komfortschädlicher Drehmomentstoß oder Schaltruck M_Ruck im Antriebsstrang auf, der wegen der Gleichung M_Ruck = dω_{SK_E}/dt·J_{SK_E} proportional zu der durch das Einrücken bedingten Drehgeschwindigkeitsänderung dω_{SK_E}/dt des eingangsseitigen Teils der Schaltkupplung bzw. proportional zu der mit dieser verbundenen Eingangswelle und dem eingangsseitig an der Schaltkupplung anliegenden Trägheitsmoment J_{SK_E} des antriebsseitigen Antriebsstrangs sowie der mit diesem in Verbindung stehenden Elektromaschine ist.
• Um die oben genannten Nachteile bei solchen Verfahren zu verhindern wird in der DE 10 2006 019 239 A1 ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes vorgeschlagen, bei dem eine Elektromaschine zur Synchronisierung des Zielganges derart angesteuert wird, dass die eingangsseitige Drehzahl n_{SK_E} der Schaltkupplung mit großem Drehzahlgradienten zu Anfang und mit kleinem Drehzahlgradienten am Ende der Synchronisierung asymptotisch an die ausgangsseitige Drehzahl n_{SK_A} der Schaltkupplung angeglichen wird. Die asymptotische Annäherung an die ausgangsseitige Drehzahl erfordert jedoch einen erhöhten Steuer- und Regelungsaufwand und verlängert die Dauer des Schaltvorgangs.
• Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schaltsteuerung zumindest eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug anzugeben, mit dem eine Schaltung von einem Lastgang in einen Zielgang vorteilhaft durchgeführt werden kann. Des Weiteren soll ein Verfahren für ein Schienenfahrzeug mit mehreren Antriebssträngen angegeben werden, bei dem mehrere elektrische Antriebsmaschinen gemeinsam angesteuert werden.
• Die Lösung dieser Aufgaben wird erreicht durch Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 3, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen hervorgehen.
• Demnach wird ein Verfahren zur Schaltsteuerung zumindest eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug beansprucht, bei dem das Schaltgetriebe zumindest eine unsynchronisierte Schaltkupplung mit einem antriebsseitigen Teil und mit einem abtriebsseitigen Teil aufweist. Zudem ist eine Eingangswelle des Schaltgetriebes mit einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine und mit dem antriebsseitigen Teil der Schaltkupplung verbunden oder verbindbar. Bei dem Verfahren erfolgt bei Schaltungen der Schaltkupplung eine Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mittels der Elektromaschine. Dazu wird ein Zieldrehzahlfenster für die Eingangsdrehzahl bestimmt und das Einkuppeln der Schaltkupplung wird bewirkt, wenn die Eingangsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlfensters liegt.
• Erfindungsgemäß liegt das Zieldrehzahlfenster bei Hochschaltungen oberhalb der Ausgangsdrehzahl, sodass bei Hochschaltungen die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln immer größer als die Ausgangsdrehzahl ist.
• Die Eingangsdrehzahl ist die Drehzahl, mit der der antriebsseitige Teil der Schaltkupplung rotiert und die Ausgangsdrehzahl ist die Drehzahl, mit der der abtriebsseitige Teil der Schaltkupplung rotiert. D.h. nach dem Einkuppeln liegt zwangsläufig über den Formschluss der Schaltkupplung eine Synchrondrehzahl vor, bei der die Eingangsdrehzahl gleich der Ausgangsdrehzahl ist.
• Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht zusätzlich vor, dass das Zieldrehzahlfenster bei Rückschaltungen unterhalb der Ausgangsdrehzahl liegt, sodass bei Rückschaltungen die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln immer kleiner als die Ausgangsdrehzahl ist. Unter Hochschaltungen werden Schaltvorgänge verstanden, bei denen von einer niedrigen Gangstufe in eine höhere Gangstufe gewechselt wird. Das Übersetzungsverhältnis im Antriebsstrang wird dabei kleiner. Unter Rückschaltungen werden Schaltvorgänge verstanden, bei denen von einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe gewechselt wird. Das Übersetzungsverhältnis im Antriebsstrang wird dabei größer.
• Mit anderen Worten wird die unsynchronisierte Schaltkupplung bei Beschleunigungsvorgängen bzw. bei Hochschaltungen nur bei Eingangsdrehzahlen oberhalb der Ausgangsdrehzahl und bei Verzögerungsvorgängen nur bei Eingangsdrehzahlen unterhalb der Ausgangsdrehzahl eingekuppelt.
• Die Schaltkupplung wird somit in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeuges eingekuppelt, wenn die Eingangsdrehzahl größer ist als die Ausgangsdrehzahl. In einer Verzögerungsphase des Fahrzeuges wird die Schaltkupplung dagegen eingekuppelt, wenn die Eingangsdrehzahl kleiner ist als die Ausgangsdrehzahl.
• Mit den vorgeschlagenen Verfahren können zwar leichte Drehmomentstöße entstehen. Im Gegenzug ist jedoch gewährleistet, dass diese Drehmomentstöße oder Schaltrucke in jedem Fall das beabsichtigte Verzögern bzw. das Beschleunigen des Fahrzeugs jeweils unterstützen. In der Beschleunigungsphase des Fahrzeuges wirkt beim Einkuppeln ein positiver Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt, d.h. beschleunigt. In einer Verzögerungsphase wirkt dagegen beim Einkuppeln ein negativer Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Verzögerungsvorgang des Fahrzeuges unterstützt, d.h. verzögert. Des Weiteren wird die Eingangsdrehzahl auf diese Weise bei Hochschaltvorgängen in keinem Fall weiter abgebremst, als es notwendig ist. Als Folge davon können Beschleunigungsvorgänge und Verzögerungsvorgänge insgesamt schneller und energieeffizienter durchgeführt werden.
• Das Einkuppeln wird beispielsweise bewirkt, indem von einer Steuerungseinrichtung ein Signal zur Betätigung eines Gangeinlegeaktuators ausgelöst wird. Dadurch wird der Gangeinlegeaktuator so betätigt, dass er das antriebsseitige Teil der Schaltkupplung formschlüssig mit dem abtriebsseitigen Teil verbindet. Das Signal zur Betätigung des Gangeinlegeaktuators kann beispielsweise an ein druckmittelgesteuertes Schaltventil gesendet werden, worauf das Schaltventil so umgeschaltet wird, dass eine mit dem Schaltventil verbundene druckmittelbetätigte Kolben-Zylinder-Einheit ein Teil der Schaltkupplung axial soweit in Richtung des anderen Teils der Schaltkupplung verschiebt, bis eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen vorliegt. Die formschlüssige Verbindung wird dabei beispielsweise durch zwei Kupplungsverzahnungen an den beiden Teilen gebildet. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise ein Getriebesteuergerät oder ein zentrales Zugsteuergerät sein, das mehrere Antriebsstränge in einem Schienenfahrzeug oder Zug steuert. Der richtige Zeitpunkt zum Bewirken des Einkuppelns wird in der Steuerungseinrichtung anhand von Drehzahlinformationen ermittelt, die der Steuerungseinrichtung von Drehzahlsensoren bereitgestellt werden, welche die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl erfassen. Die Drehzahlsensoren müssen dazu nicht direkt an dem antriebsseitigen und an dem abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung angeordnet sein. Die jeweilige Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl kann auch an anderen Komponenten des antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Antriebsstranges erfasst und entsprechend einer berechenbaren festen Übersetzung berechnet werden.
• Die beschriebene Anordnung des Zieldrehzahlfensters oberhalb bzw. unterhalb der Ausgangsdrehzahl hat den weiteren Vorteil, dass sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellungen, die ein Einkuppeln bei unsynchronisierten Schaltkupplungen blockieren können, beim Einkuppeln unmittelbar aufgelöst werden, weil der antriebsseitige Teil der Schaltkupplung zu Beginn des Einkuppeln mit einer anderen Drehzahl rotiert als der abtriebsseitige Teil der Schaltkupplung.
• Durch die Verwendung einer Elektromaschine als Antriebsmaschine des Antriebsstranges kann das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig durchgeführt werden, weil die Eingangsdrehzahl mittels einer Elektromaschine im Vergleich zu einer Getriebebremse und einem Verbrennungsmotor schneller und exakter ansteuerbar ist. Dadurch lassen sich die genannten Drehmomentstöße auch so gering einstellen, dass sie für Passagiere des Fahrzeuges nicht oder kaum merkbar sind.
• Das Zieldrehzahlfenster bzw. dessen Ober -und Untergrenze können beispielsweise in der genannten Steuerungseinrichtung hinterlegt sein. Die Größe des Zieldrehzahlfensters hängt im Wesentlichen davon ab, wie schnell und wie exakt die Eingangsdrehzahl während eines Schaltvorganges synchronisiert, d.h. an die jeweilige Ausgangsdrehzahl angepasst werden kann. Die Verwendung von Elektromaschinen als Antriebsmaschinen erlaubt eine im Vergleich zu Verbrennungsmotoren sehr schnelle und exakte Anpassung der Eingangsdrehzahl an die Ausgangsdrehzahl an jeder Schaltkupplung, sodass zur vorliegenden Erfindung ein Zieldrehzahlfenster mit verhältnismäßig engen Grenzen möglich ist. Das bedeutet, dass die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln nur geringfügig von der Ausgangsdrehzahl abweicht und mögliche Schaltrucke so schwach sind, dass sie von Passagieren des Fahrzeugs kaum oder nicht wahrgenommen werden. Verschiedene Ansteuerungsverfahren von Elektromotoren sind dem Fachmann zu diesem Zweck bekannt und werden deshalb hier nicht näher beschrieben.
• Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Schaltsteuerung mehrerer automatisierter Schaltgetriebe in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug, bei dem die Schaltgetriebe jeweils zumindest eine unsynchronisierte Schaltkupplung mit einem antriebsseitigen Teil und mit einem abtriebsseitigen Teil aufweisen und jeweils eine Eingangswelle der Schaltgetriebe mit jeweils einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine und mit dem antriebsseitigen Teil der Schaltkupplung verbunden oder verbindbar ist. Die Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl an den Schaltkupplungen erfolgt dabei mit Hilfe der Elektromaschinen. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass mehrere Elektromaschinen gemeinsam durch einen Wechselrichter angesteuert werden, wodurch die gemeinsam angesteuerten Elektromaschinen den zugeordneten Schaltkupplungen eine gemeinsame Eingangsdrehzahl vorgegeben.
• Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass für die gemeinsame Eingangsdrehzahl ein gemeinsames Zieldrehzahlfenster bestimmt wird, und dass das Einkuppeln zumindest einer ersten Schaltkupplung bewirkt wird, wenn die gemeinsame Eingangsdrehzahl innerhalb des gemeinsamen Zieldrehzahlfensters liegt.
• Vorzugsweise liegt das gemeinsame Zieldrehzahlfenster bei Hochschaltungen oberhalb der Ausgangsdrehzahlen aller zu synchronisierenden Schaltkupplungen, während das gemeinsame Zieldrehzahlfenster bei Rückschaltungen unterhalb der Ausgangsdrehzahlen aller zu synchronisierenden Schaltkupplungen liegt. So kann sichergestellt werden, dass die Schaltkupplungen in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeuges eingekuppelt werden, wenn die gemeinsame Eingangsdrehzahl an jeder Schaltkupplung größer ist als die jeweilige Ausgangsdrehzahl und die Schaltkupplungen in einer Verzögerungsphase des Fahrzeuges eingekuppelt werden, wenn die gemeinsame Eingangsdrehzahl an jeder Schaltkupplung kleiner ist als die jeweilige Ausgangsdrehzahl.
• Auch mit diesem Verfahren können leichte Drehmomentstöße beim Einkuppeln entstehen. Im Gegenzug ist jedoch auch hier gewährleistet, dass diese Drehmomentstöße oder Schaltrucke in jedem Fall das beabsichtigte Beschleunigen bzw. Verzögern des Fahrzeugs unterstützen. In der Beschleunigungsphase des Fahrzeuges wirkt beim Einkuppeln im Rahmen einer Hochschaltung ein positiver Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt, d.h. beschleunigt. Des Weiteren wird die Eingangsdrehzahl auf diese Weise bei Hochschaltvorgängen auf keinen Fall weiter abgebremst, als es notwendig ist. Entsprechend wirkt in Verzögerungsphasen des Fahrzeugs beim Einkuppeln im Rahmen einer Rückschaltung ein negativer Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Verzögerungsvorgang des Fahrzeugs unterstützt, d.h. das Fahrzeug abbremst.
• Als Folge davon können Beschleunigungsvorgänge und Verzögerungsvorgänge schneller und energieeffizienter durchgeführt werden.
• Um dieses bevorzugte Verfahren zu realisieren, können die Ausgangsdrehzahlen aller zu synchronisierenden Schaltkupplungen beispielsweise durch Drehzahlsensoren am abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung erfasst und in der Steuerungseinrichtung bei der Steuerung der Schaltvorgänge berücksichtigt werden.
• Gemäß einer bevorzugten einfachen Ausführungsform dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einkuppeln aller den gemeinsam angesteuerten Elektromaschinen zugeordneten Schaltkupplungen bewirkt wird, wenn die Eingangsdrehzahl der ersten Schaltkupplung innerhalb des gemeinsamen Zieldrehzahlfensters liegt. Dieses Verfahren ist mit einer kostengünstigen einfachen Antriebseinrichtung möglich, bei der nur die Ausgangsdrehzahl der ersten Schaltkupplung erfasst und von der Steuerungseinrichtung berücksichtigt wird. Ein ausreichend großes gemeinsames Zieldrehzahlfenster ermöglicht das Einkuppeln auch aller weiteren Schaltkupplungen, die den gemeinsam angesteuerten Elektromaschinen zugeordnet sind. Bei einem Schienenfahrzeug sind die Ausgangsdrehzahlen an den gemeinsam angesteuerten Antriebssträngen zumindest annähernd gleich hoch, weil die einzelnen Komponenten der einzelnen Antriebsstränge in der Regel gleich aufgebaut sind und gleiche Abmessungen aufweisen. Geringe Unterschiede in den Abtriebsdrehzahlen bzw. Ausgangsdrehzahlen ergeben sich jedoch aus Fertigungstoleranzen und/oder unterschiedlichem Verschleiß an den Radscheiben, woraus sich an den Radscheiben unterschiedliche Durchmesser und damit unterschiedliche Drehzahlen ergeben können.
• Das im Folgenden beschriebene besonders bevorzugte Verfahren trägt den möglichen unterschiedlichen Ausgangsdrehzahlen an den einzelnen Antriebssträngen Rechnung und erlaubt trotz der Drehzahlabweichungen der Ausgangsdrehzahlen zuverlässige, schnelle und verschleißarme Schaltvorgänge.
• Dazu wird für Hochschaltungen ein erstes Hochschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung bestimmt, die im Vergleich zu den anderen Schaltkupplungen die niedrigste Ausgangsdrehzahl aufweist.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nachfolgend in aufeinanderfolgenden Schritten jeweils ein weiteres Hochschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung mit der jeweils nächsthöheren Ausgangsdrehzahl bestimmt wird. Dann wird die gemeinsame Eingangsdrehzahl in dieses weitere Hochschalt-Zieldrehzahlfenster gebracht und die dazugehörige Schaltkupplung wird eingekuppelt, wenn das weitere Hochschalt-Zieldrehzahlfenster erreicht ist.
• Da zunächst die Schaltkupplung mit der niedrigsten Ausgangsdrehzahl synchronisiert wird, kann danach die gemeinsame Eingangsdrehzahl zur Synchronisierung an den weiteren Schaltkupplungen kontinuierlich angehoben werden. Die gemeinsame Eingangsdrehzahl muss also zur Synchronisierung und Hochschaltung mehrerer Schaltkupplungen mit verschiedenen Ausgangsdrehzahlen nur einmal zur Synchronisierung einer ersten Schaltkupplung abgebremst werden und kann dann zur Synchronisierung und Hochschaltung der weiteren Schaltkupplungen immer weiter beschleunigt werden. Dies ermöglicht schnelle und energieeffiziente Hochschaltvorgänge. Mehrfache Beschleunigungen und/oder Abbremsungen sind so nicht notwendig.
• Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das erste und die weiteren Hochschalt-Zieldrehzahlfenster oberhalb der jeweils zugeordneten Ausgangsdrehzahl liegen. Auf diese Weise ist auch hier sichergestellt, dass die genannte Schaltkupplung bei Beschleunigungsvorgängen bzw. bei Hochschaltungen nur bei Eingangsdrehzahlen oberhalb der Ausgangsdrehzahl eingekuppelt wird. Dadurch ist auch hier gewährleistet, dass beim Einkuppeln auftretende Drehmomentstöße oder Schaltrucke in jedem Fall das beabsichtigte Beschleunigen des Fahrzeugs unterstützen. In der Beschleunigungsphase des Fahrzeuges wirkt beim Einkuppeln ein positiver Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt, d.h. beschleunigt.
• Die Größe des jeweiligen Hochschalt-Zieldrehzahlfensters hängt im Wesentlichen davon ab, wie schnell und wie exakt die Eingangsdrehzahl während eines Schaltvorganges an die jeweilige Ausgangsdrehzahl angepasst werden kann. Die Verwendung von Elektromaschinen als Antriebsmaschinen erlaubt eine im Vergleich zu Verbrennungsmotoren sehr schnelle und exakte Anpassung der Eingangsdrehzahl an die Ausgangsdrehzahl an jeder Schaltkupplung, sodass sehr enge Hochschalt-Zieldrehzahlfenster bestimmt werden können und dadurch schnelle und komfortable Schaltvorgänge möglich sind. Verschiedene Ansteuerungsverfahren von Elektromotoren sind dem Fachmann zu diesem Zweck bekannt und werden deshalb hier nicht näher beschrieben.
• Neben den genannten Verfahren zum Hochschalten werden auch bevorzugte Verfahren zum Rückschalten von mehreren Schaltkupplungen angegeben, deren zugeordnete Elektromaschinen über einen gemeinsamen Wechselrichter angesteuert werden. Ein solches Verfahren sieht vor, dass für Rückschaltungen ein erstes Rückschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung bestimmt wird, die im Vergleich zu den anderen Schaltkupplungen die höchste Ausgangsdrehzahl aufweist.
• Bei Rückschaltungen ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach einer ersten erfolgten Rückschaltung der genannten Schaltkupplung in aufeinanderfolgenden Schritten jeweils ein weiteres Rückschalt-Zieldrehzahlfenster für jeweils die Schaltkupplung mit der nächstniedrigeren Ausgangsdrehzahl ermittelt wird. Dann wird die gemeinsame Eingangsdrehzahl in dieses weitere Rückschalt-Zieldrehzahlfenster gebracht, und die dazugehörige Schaltkupplung wird eingekuppelt, wenn das weitere Zieldrehzahlfenster erreicht ist.
• Da bei Rückschaltungen zunächst die Schaltkupplung mit der höchsten Ausgangsdrehzahl synchronisiert wird, kann nach dem Einkuppeln dieser Schaltkupplung die gemeinsame Eingangsdrehzahl zur Synchronisierung an den weiteren Schaltkupplungen kontinuierlich abgebremst werden. Die gemeinsame Eingangsdrehzahl muss also zur Synchronisierung und Rückschaltung mehrerer Schaltkupplungen mit verschiedenen Ausgangsdrehzahlen nur einmal beschleunigt und dann gegebenenfalls in mehreren Stufen oder Rampen nur noch abgebremst werden. Dies ermöglicht schnelle und energieeffiziente Rückschaltvorgänge.
• Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das erste und die weiteren Rückschalt-Zieldrehzahlfenster unterhalb der jeweils zugeordneten Ausgangsdrehzahl liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die genannte Schaltkupplung bei Verzögerungsvorgängen bzw. bei Rückschaltungen nur bei einer gemeinsamen Eingangsdrehzahl unterhalb der Ausgangsdrehzahl eingekuppelt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Einkuppeln auftretende Drehmomentstöße oder Schaltrucke in jedem Fall das beabsichtigte Verzögern des Fahrzeugs unterstützen. In der Verzögerungsphase des Fahrzeuges wirkt beim Einkuppeln ein negativer Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung, der den Verzögerungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt, d.h. der negative Drehmomentstoß bremst die abtriebsseitigen Elemente des Antriebsstranges ab.
• Mit den beschriebenen Verfahren können beispielsweise elektrische Triebzüge, sogenannte Electrical-Multiple-Units (EMU) vorteilhaft betrieben werden. Unter einem Triebzug ist in der Regel eine nicht trennbare Einheit aus mehreren Fahrzeugen/Zugsegmenten zu verstehen, wobei der Triebzug über einen fahrzeugeigenen Antrieb verfügt. Dabei können ein Fahrzeug/Zugsegment, mehrere Fahrzeuge/Zugsemente oder alle Fahrzeuge/Zugsegmente des Triebzugs jeweils über einen oder mehrere Antriebsstränge verfügen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine schematische Darstellung der Drehzahlverläufe bei einem Hochschaltvorgang nach dem Stand der Technik,
• 2 eine schematische Darstellung der Drehzahlverläufe bei einem Hochschaltvorgang gemäß der Erfindung und
• 3 eine schematische Darstellung der Drehzahlverläufe mehrerer Antriebsstränge bei einem Hochschaltvorgang nach einer weiteren Ausführung der Erfindung
• In der 1 sind die Drehzahlverläufe einer Eingangsdrehzahl n_E und einer Ausgangsdrehzahl n_A an einer unsynchronisierten Schaltkupplung eines Schaltgetriebes in einem Fahrzeug während einer Hochschaltung gemäß einem herkömmlichen Verfahren in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs in einem Koordinatensystem dargestellt. Auf der Abszisse bzw. X-Achse des Diagramms ist die Zeit aufgetragen während auf der Ordinate bzw. der Y-Achse die jeweiligen Drehzahlen aufgetragen sind.
• Zum Zeitpunkt t₀ ist der Antriebsstrang durch die geöffnete Schaltkupplung getrennt, d.h. der als Elektromotor ausgebildete Antriebsmotor hat keine Antriebsverbindung mit den abtriebsseitigen Komponenten des Antriebsstranges. Der antriebsseitige Teil der betrachteten Schaltkupplung ist verdrehfest mit dem Elektromotor verbunden. Ein abtriebsseitiger Teil der betrachteten Schaltkupplung ist verdrehfest mit den abtriebsseitigen Komponenten verbunden, z.B. mit einer Radsatzwelle mit Radscheiben einer Triebachse eines Schienenfahrzeugs. Die Ausgangsdrehzahl n_A, mit der der abtriebsseitige Teil der zu kuppelnden Schaltkupplung rotiert, fällt während des Schaltvorganges ab dem Zeitpunkt t₀ kontinuierlich ab, weil sich die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges mangels Antriebsdrehmoment aufgrund von Fahrwiderständen verringert.
• Die Eingangsdrehzahl n_E, mit der der antriebsseitige Teil der betrachteten Schaltkupplung rotiert, ist zum Zeitpunkt t₀ höher als die Ausgangsdrehzahl n_A, mit der der abtriebsseitige Teil derselben Schaltkupplung rotiert. Beispielsweise mit Hilfe des Elektromotors wird die Eingangsdrehzahl n_E nun abgebremst und die Eingangsdrehzahl n_E nähert sich von oben der Ausgangsdrehzahl n_A und einem Zieldrehzahlfenster 10 an.
• Das Zieldrehzahlfenster 10 ist vollständig unterhalb der Ausgangsdrehzahl n_A. Das heißt, dass sowohl eine Obergrenze 11 als auch eine Untergrenze 12 des Zieldrehzahlfensters 10 unterhalb der Ausgangsdrehzahl n_A liegen. Dies entspricht beispielsweise dem aus der DE 10 330 517 A1 bekannten Stand der Technik. Bei einem solchen Verfahren wird zum Zeitpunkt t₁ das Einkuppeln der Schaltkupplung bewirkt. Der Zeitpunkt t₁ ist genau dann erreicht, wenn die absinkende Eingangsdrehzahl n_E die Obergrenze 11 des Zieldrehzahlfensters 10 erreicht hat. Die tatsächliche formschlüssige Verbindung zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung wird gegebenenfalls nach einer kurzen Schaltverzögerung zum Zeitpunkt t₂ erreicht. Dabei wird die langsamer rotierende antriebsseitige Teil der Schaltkupplung und die damit verdrehfest verbundenen Komponenten des antriebsseitigen Antriebsstrangs auf die Ausgangsdrehzahl n_A beschleunigt.
• Da das Zieldrehzahlfenster 10 unterhalb der Ausgangsdrehzahl nA liegt, ergibt sich beim Einkuppeln bzw. beim formschlüssigen Verbinden der beiden Teile der Schaltkupplung zum Zeitpunkt t₂ ein Drehmomentstoß. Das Diagramm in der 1 ist eine theoretische, vereinfachte Darstellung, bei der die Eingangsdrehzahl n_E zum Zeitpunkt t₂ schlagartig an die Ausgangsdrehzahl n_A anpasst. In der Realität wird dies jedoch eine kurze Zeitspanne in Anspruch nehmen, sodass der Verlauf der Eingangsdrehzahl n_E in diesem Bereich zwar sehr steil ansteigt, jedoch nicht wie in 1 senkrecht verläuft.
• Wie nun in 1 zu erkennen ist, wird bei diesem herkömmlichen Verfahren bei einem Hochschaltvorgang in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs die Eingangsdrehzahl n_E unterhalb der Ausgangsdrehzahl n_A abgebremst, um danach beim Einkuppeln der Schaltkupplung unter Ausbildung eines Drehmomentstoßes nahezu schlagartig wieder beschleunigt zu werden. Auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung wirkt dieser Drehmomentstoß jedoch verzögernd, also entgegen der gewünschten weiteren Beschleunigung des Fahrzeuges. Dadurch wird der gesamte Beschleunigungsvorgang verzögert und unnötig Energie verbraucht. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung behoben, was im Folgenden anhand der 2 erläutert wird.
• Die 2 zeigt die Drehzahlverläufe einer Eingangsdrehzahl n_E und einer Ausgangsdrehzahl n_A an einer unsynchronisierten Schaltkupplung eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug während einer Hochschaltung in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs gemäß einem vorgeschlagenen Verfahren. Auf der Abszisse bzw. X-Achse des Diagramms ist die Zeit aufgetragen während auf der Ordinate bzw. der Y-Achse die jeweiligen Drehzahlen aufgetragen sind.
• Ein wesentlicher Unterschied zum herkömmlichen Verfahren nach 1 ist, dass das Zieldrehzahlfenster 20 gemäß dem Verfahren nach 2 oberhalb der Ausgangsdrehzahl n_A angelegt ist. Das heißt, dass sowohl die Obergrenze 21 als auch die Untergrenze 22 des Zieldrehzahlfensters 20 oberhalb der Ausgangsdrehzahl n_A liegen.
• Die absinkende Eingangsdrehzahl n_E erreicht somit das Zieldrehzahlfenster früher und in jedem Fall zu einem Zeitpunkt, zu dem die Eingangsdrehzahl n_E größer ist als die Ausgangsdrehzahl n_A.
• Dadurch ergibt sich ein früherer Zeitpunkt t₁, an dem das Einkuppeln der Schaltkuppeln bewirkt wird. In der Folge kommt dann auch der tatsächliche Formschluss zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung früher zustande, nämlich zum Zeitpunkt t₂ in 2. Zu diesem Zeitpunkt rotiert der antriebsseitige Teil der Schaltkupplung schneller als der abtriebsseitige Teil der Schaltkupplung, sodass der schneller rotierende antriebsseitige Teil der Schaltkupplung und die damit verdrehfest verbundenen Komponenten des antriebsseitigen Antriebsstrangs auf die Ausgangsdrehzahl n_A abgebremst werden. Dies erzeugt auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplung im Gegenzug einen positiven, beschleunigenden Drehmomentstoß. Der so erzeugte Drehmomentstoß wirkt also beschleunigend auf die abtriebsseitigen Komponenten des Antriebsstranges und unterstützt damit die gewünschte Beschleunigung des gesamten Fahrzeugs. Dadurch kann der gesamte Beschleunigungsvorgang des Schienenfahrzeugs verkürzt werden und der Energiebedarf dazu wird reduziert. Die Stärke des Drehmomentstoßes hängt ab von dem eingangsseitig an der Schaltkupplung anliegenden Trägheitsmoment J_{SK_E} des antriebsseitigen Antriebsstrangs inklusive des Elektromotors und von der Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl n_E und der Ausgangsdrehzahl n_A im Moment des Einkuppelns.
• Auch das Diagramm in der 2 ist eine theoretische, vereinfachte Darstellung, bei der die Eingangsdrehzahl n_E zum Zeitpunkt t₂ quasi schlagartig an die Ausgangsdrehzahl n_A angepasst wird. In der Realität wird dies jedoch eine kurze Zeitspanne in Anspruch nehmen, sodass der Verlauf der Eingangsdrehzahl n_E in diesem Bereich zwar sehr steil abfallen kann, jedoch nicht senkrecht verläuft.
• Die 3 zeigt schematisch die Abläufe eines erfindungsgemäßen Hochschaltverfahrens an drei automatisierten Schaltgetrieben, die alle in jeweils einem Antriebsstrang in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet sind. Jedes der drei Schaltgetriebe weist dazu eine unsynchronisierte Schaltkupplung mit einem antriebsseitigen Teil und mit einem abtriebsseitigen Teil auf. Die Eingangswelle jedes der drei Schaltgetriebe ist jeweils einerseits mit einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine des dazugehörigen Antriebsstrangs und andererseits mit dem antriebsseitigen Teil der dazugehörigen Schaltkupplung verbunden. Das vorgeschlagene Verfahren betrifft eine Anordnung, bei der die drei Elektromaschinen gemeinsam durch einen Wechselrichter angesteuert werden, wodurch den Schaltkupplungen von den gemeinsam angesteuerten Elektromaschinen eine gemeinsame Eingangsdrehzahl vorgegeben wird.
• Bei Schaltungen der Schaltkupplungen erfolgt eine Synchronisierung der gemeinsamen Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mit Hilfe der Elektromaschinen. Dazu wird für die gemeinsame Eingangsdrehzahl ein gemeinsames Zieldrehzahlfenster bestimmt und zumindest eine erste Schaltkupplung wird eingekuppelt, wenn die gemeinsame Eingangsdrehzahl innerhalb des gemeinsamen Zieldrehzahlfensters liegt.
• Dabei liegen aufgrund von unterschiedlichen Verschleißzuständen an den Radreifen unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen an den abtriebsseitigen Teilen der drei Schaltkupplungen an.
• Auf einer X-Achse bzw. Abszisse in 3 ist die Zeit t aufgetragen. Der dargestellte Hochschaltvorgang ist in zeitlich in drei Phasen I, II und III unterteilt. Der Hochschaltvorgang umfasst dabei das Hochschalten an allen drei Schaltgetrieben bzw. allen drei Schaltkupplungen S1, S2 und S3.
• Im oberen Teil der 3 sind die Schaltzustände 0 bzw. 1 der drei Schaltkupplungen S1, S2 und S3 und die Veränderung der Schaltzustände über die Zeit während eines Hochschaltvorganges dargestellt. Es gibt dabei jeweils nur die beiden Schaltzustände 1, d.h. eingekuppelt, und 0, d.h. ausgekuppelt. Der Schaltzustand 1 liegt vor, wenn zwischen dem antriebsseitigen Teil und dem abtriebsseitigen Teil der jeweiligen Schaltkupplung eine formschlüssige Verbindung besteht. Ansonsten liegt der Schaltzustand 0 vor. Der Schaltzustand 0 kann als geöffnete oder ausgekuppelte Schaltkupplung beschrieben werden.
• Im unteren Teil der 3 sind die Drehzahlverläufe der Eingangsdrehzahlen an den drei Schaltkupplungen während des Hochschaltvorganges dargestellt.
• Die gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE, die von dem Wechselrichter allen drei Elektromotoren und damit allen drei antriebsseitigen Teilen der Schaltkupplungen S1, S2 und S3 vorgegeben wird, ist im unteren Teil der 3 als durchgezogene Linie dargestellt.
• Die Ausgangsdrehzahl n_A1 an der ersten Schaltkupplung S1 ist als Strichlinie dargestellt. Die Ausgangsdrehzahlen n_A2 und n_A3 der zweiten Schaltkupplung S2 und der dritten Schaltkupplung S3 sind in diesem Beispiel genau gleich hoch und sind deshalb gemeinsam als eine Punktlinie dargestellt.
• In der Zeit vor der Phase I sind alle drei Schaltkupplungen S1, S2 und S3 eingekuppelt, d.h. im Schaltzustand 1. Dabei sind jeweils der antriebsseitige und der abtriebsseitige Teil jeder Schaltkupplung formschlüssig miteinander verbunden. Die Eingangsdrehzahl an jeder der drei Schaltkupplungen entspricht daher zwangsläufig der gleichen Ausgangsdrehzahl an der jeweiligen Schaltkupplung. Durch den gemeinsamen Wechselrichter wird in dieser Phase eine gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE vorgegeben. Aufgrund von unterschiedlichen Verschleißzuständen an den Radreifen ergeben sich trotz der vom Wechselrichter vorgegebenen gemeinsamen Eingangsdrehzahl n_GE geringfügig unterschiedliche Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen in den drei Antriebssträngen. Diese Drehzahldifferenzen werden über den Schlupf in den Elektromotoren der drei Antriebsstränge ausgeglichen. Die Elektromotoren sind beispielsweise als Asynchronmaschinen ausgebildet und weisen daher bauartbedingt einen Schlupf, d.h. eine Drehzahl-Differenz zwischen dem vom Stators erzeugten Drehfeld und dem Rotor auf, der lastabhängig veränderbar ist. Durch diesen Schlupf in den Elektromotoren können auch die beschriebenen Drehzahldifferenzen zwischen den Antriebssträngen kompensiert werden, deren Elektromotore über einem Wechselrichter gespeist werden.
• Sobald eine Anforderung zum Hochschalten der automatisierten Schaltgetriebe vorliegt, werden die Schaltkupplungen S1, S2 und S3 geöffnet, d.h. ausgekuppelt in den Schaltzustand 0. Dies geschieht zu Beginn der Phase I.
• Nach dem Auskuppeln der Schaltkupplungen S1, S2 und S3 stellt sich an den antriebsseitigen Teilen der Schaltkupplungen S1, S2 und S3 die von dem gemeinsamen Wechselrichter vorgegebene gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE ein. Die oben beschriebenen Drehzahldifferenzen aufgrund von unterschiedlichen Verschleißzuständen an den Radreifen liegen dann nur noch an den abtriebsseitigen Teilen der ausgekuppelten, d.h. geöffneten Schaltkupplungen vor.
• Zum Ende der Phase I liegt daher an der ersten Schaltkupplung S1 eine geringere Ausgangsdrehzahl n_A1 vor, als an den Schaltkupplungen S2 und S3. Die abweichenden Ausgangsdrehzahlen an den drei Schaltkupplungen erfordern nun zum Einkuppeln entweder ein ausreichend großes Zieldrehzahlfenster, in dem alle drei Schaltkupplungen grundsätzlich einkuppelbar sind, oder die Schaltkupplungen werden entsprechend der unterschiedlichen Ausgangsdrehzahlen nacheinander eingekuppelt, wobei die Eingangsdrehzahl jeweils angepasst wird. Ein Verfahren nach der erstgenannten Alternative ist grundsätzlich möglich und steuerungstechnisch verhältnismäßig einfach zu realisieren. Dabei können jedoch die eingangs beschriebenen, nachteiligen Drehmomentstöße auftreten, die entgegen der beabsichtigten Beschleunigung des Fahrzeuges wirken.
• Deshalb ist in 3 ist ein bevorzugtes Verfahren nach der zweitgenannten Alternative dargestellt, bei dem die Schaltkupplungen in einer bestimmten Reihenfolge nacheinander eingekuppelt werden, während die gemeinsame Eingangsdrehzahl in ein der jeweils einzukuppelnden Schaltkupplung bzw. deren Ausgangsdrehzahl angepasstes Zieldrehzahlfenster gebracht wird. Die zeitliche Reihenfolge beim Einkuppeln der Schaltkupplungen ergibt sich dabei aus den unterschiedlichen Ausgangsdrehzahlen an den einzelnen Schaltkupplungen.
• Für dementsprechende Hochschaltungen werden die drei Elektromotoren ab Beginn der Phase II über den gemeinsamen Wechselrichter abgebremst. Somit wird die gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE verringert wie in 3 dargestellt. Die gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE wird soweit abgebremst, bis sie in einem ersten Hochschalt-Zieldrehzahlfenster einer ersten Schaltkupplung liegt. Die erste Schaltkupplung S1 ist dabei die Schaltkupplung, die im Vergleich zu den anderen Schaltkupplungen S2 und S3 die niedrigste Ausgangsdrehzahl n_A1 aufweist. Dies ist in 3 am Verlauf der Strichlinie, welche die Ausgangsdrehzahl n_A1 wiedergibt, erkennbar. Die Ausgangsdrehzahl n_A1 sinkt in Phase I, d.h. nach dem Auskuppeln aller Schaltkupplungen auf das niedrigste Niveau ab und bleibt während der Phase II so niedrig. Nachdem die gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE das erste Hochschalt-Zieldrehzahlfenster erreicht hat, wird zum Ende der Phase II die erste Schaltkupplung S1 wieder eingekuppelt.
• Das erste Hochschalt-Zieldrehzahlfenster ist vorzugsweise so definiert, dass es oberhalb der Ausgangsdrehzahl n_A1 der ersten Schaltkupplung S1 liegt. Dadurch wird erreicht, dass beim Einkuppeln ein positiver Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der ersten Schaltkupplung S1 wirkt, der den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt. Die jeweiligen Zieldrehzahlfenster sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
• Im Verlauf der Phase III wird die gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE wieder angehoben bis sie ein weiteres Hochschalt-Zieldrehzahlfenster erreicht, welches den Ausgangsdrehzahlen n_A2 und n_A3 der zweiten Schaltkupplung S2 und der dritten Schaltkupplung S3 zugeordnet ist. Die beiden Ausgangsdrehzahlen n_A2 und n_A3 sind im vorliegenden Beispiel gleich hoch und in 3 als eine Punktlinie dargestellt. Die Ausgangsdrehzahl n_A1 wird in Phase III bei eingekuppelter erster Schaltkupplung S1, durch die ansteigende gemeinsame Eingangsdrehzahl n_GE mit angehoben.
• Danach werden die Schaltkupplungen S2 und S3 zum Ende der Phase III wieder eingekuppelt. Nachdem alle Schaltkupplungen S1, S2 und S3 wieder eingekuppelt sind ist der Hochschaltvorgang abgeschlossen.
• Das weitere Hochschalt-Zieldrehzahlfenster ist vorzugsweise so definiert, dass es oberhalb der Ausgangsdrehzahlen n_A2 und n_A3 der Schaltkupplungen S2 und S3 liegt. Dadurch wird erreicht, dass beim Einkuppeln ein positiver Drehmomentstoß auf den abtriebsseitigen Teil der Schaltkupplungen S2 und S3 wirkt, der den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges vorteilhaft unterstützt.
• Bezugszeichenliste

0

Schaltzustand „ausgekuppelt“

1

Schaltzustand „eingekuppelt“

10

Zieldrehzahlfenster

11

Obergrenze

12

Untergrenze

20

Zieldrehzahlfenster

21

Obergrenze

22

Untergrenze

I

erste Phase

II

zweite Phase

III

dritte Phase

n

Drehzahl

n_A

Ausgangsdrehzahl

n_A1

Ausgangsdrehzahl

n_A2

Ausgangsdrehzahl

n_A3

Ausgangsdrehzahl

n_E

Eingangsdrehzahl

n_GE

gemeinsame Eingangsdrehzahl

S1

erste Schaltkupplung

S2

zweite Schaltkupplung

S3

dritte Schaltkupplung

t Z

eit

t0

Zeitpunkt

t1

Zeitpunkt

t2

Zeitpunkt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 10330517 A1 [0007, 0052]
• DE 102006019239 A1 [0013]

Claims (10)

1. Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, bei dem das Schaltgetriebe zumindest eine unsynchronisierte Schaltkupplung mit einem antriebsseitigen Teil und mit einem abtriebsseitigen Teil aufweist, bei dem eine Eingangswelle des Schaltgetriebes mit einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine und mit dem antriebsseitigen Teil der Schaltkupplung verbunden oder verbindbar ist, wobei bei Schaltungen der Schaltkupplung eine Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mittels der Elektromaschine erfolgt, wobei ein Zieldrehzahlfenster für die Eingangsdrehzahl bestimmt wird, und wobei das Einkuppeln der Schaltkupplung bewirkt wird, wenn die Eingangsdrehzahl innerhalb des Zieldrehzahlfensters liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zieldrehzahlfenster bei Hochschaltungen oberhalb der Ausgangsdrehzahl liegt, sodass bei Hochschaltungen die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln immer größer als die Ausgangsdrehzahl ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zieldrehzahlfenster bei Rückschaltungen unterhalb der Ausgangsdrehzahl liegt, sodass bei Rückschaltungen die Eingangsdrehzahl beim Einkuppeln immer kleiner als die Ausgangsdrehzahl ist.
3. Verfahren zur Schaltsteuerung mehrerer automatisierter Schaltgetriebe in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, bei dem die Schaltgetriebe jeweils zumindest eine unsynchronisierte Schaltkupplung mit einem antriebsseitigen Teil und mit einem abtriebsseitigen Teil aufweisen und jeweils eine Eingangswelle der Schaltgetriebe mit jeweils einer motorisch und generatorisch betreibbaren Elektromaschine und mit dem antriebsseitigen Teil der Schaltkupplung verbunden oder verbindbar ist, wobei bei Schaltungen der Schaltkupplungen eine Synchronisierung einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl mit Hilfe der Elektromaschinen erfolgt, wobei mehrere Elektromaschinen gemeinsam durch einen Wechselrichter angesteuert werden, und wobei die gemeinsam angesteuerten Elektromaschinen den zugeordneten Schaltkupplungen eine gemeinsame Eingangsdrehzahl vorgegeben, dadurch gekennzeichnet, dass für die gemeinsame Eingangsdrehzahl, ein gemeinsames Zieldrehzahlfenster bestimmt wird, und dass das Einkuppeln zumindest einer ersten Schaltkupplung bewirkt wird, wenn die gemeinsame Eingangsdrehzahl innerhalb des gemeinsamen Zieldrehzahlfensters liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Zieldrehzahlfenster bei Hochschaltungen oberhalb der Ausgangsdrehzahlen aller zu synchronisierenden Schaltkupplungen liegt, und dass das gemeinsame Zieldrehzahlfenster bei Rückschaltungen unterhalb der Ausgangsdrehzahlen aller zu synchronisierenden Schaltkupplungen liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für Hochschaltungen ein erstes Hochschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung bestimmt wird, die im Vergleich zu den anderen Schaltkupplungen die niedrigste Ausgangsdrehzahl aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend in aufeinanderfolgenden Schritten jeweils ein weiteres Hochschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung mit der jeweils nächsthöheren Ausgangsdrehzahl bestimmt wird, dass die gemeinsame Eingangsdrehzahl in dieses weitere Hochschalt-Zieldrehzahlfenster gebracht wird, und dass die dazugehörige Schaltkupplung eingekuppelt wird, wenn das weitere Hochschalt-Zieldrehzahlfenster erreicht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und die weiteren Hochschalt-Zieldrehzahlfenster oberhalb der jeweils zugeordneten Ausgangsdrehzahl liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für Rückschaltungen ein erstes Rückschalt-Zieldrehzahlfenster bestimmt wird, das unterhalb einer Ausgangsdrehzahl der Schaltkupplung liegt, die im Vergleich zu den anderen Schaltkupplungen die höchste Ausgangsdrehzahl aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend in aufeinanderfolgenden Schritten jeweils ein weiteres Rückschalt-Zieldrehzahlfenster für die Schaltkupplung mit der nächstniedrigeren Ausgangsdrehzahl ermittelt wird, dass die gemeinsame Eingangsdrehzahl in dieses weitere Rückschalt-Zieldrehzahlfenster gebracht wird, und dass die dazugehörige Schaltkupplung eingekuppelt wird, wenn das weitere Zieldrehzahlfenster erreicht ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und die weiteren Rückschalt-Zieldrehzahlfenster unterhalb der jeweils zugeordneten Ausgangsdrehzahl liegen.

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