DE102019203384A1

DE102019203384A1 - Verfahren und Steuergerät zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102019203384A1
Application number: DE102019203384.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mauritz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung eines Fahrzeugs. Das Verfahren weist den Schritt Regeln einer Eingangsdrehzahl einer Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung derart, dass ein vorbestimmter Zustand erreicht wird, bei dem die Eingangsdrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs um eine Referenzdrehzahl schwingt, auf. Ferner weist das Verfahren den Schritt Betätigen der formschlüssigen Kupplung nach Erreichen des vorbestimmten Zustands auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung eines Fahrzeugs. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um ein derartiges Verfahren auszuführen, und auf ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinrichtung.
Im Stand der Technik ist es bekannt, zwei Wellen mit einer Klauenkupplung drehfest zu verbinden. Zur Betätigung der Klauenkupplung müssen die Drehzahlen der beiden Wellen angeglichen werden. Da eine manuelle Angleichung der Drehzahl umständlich ist, werden Synchronschaltungen verwendet. Derartige Synchronschaltungen gleichen die Drehzahl mithilfe eines Reibelements an. Die Reibelemente müssen so dimensioniert sein, dass sie bei einem Schaltvorgang die Beschleunigungs- und Bremsenergie in Form von Reibarbeit aufnehmen können. Bei den Reibelementen handelt es sich um Verschleißteile, bei welchen der Verschleiß aufgrund von Reibung und Temperatur entsteht.
Es sind ferner Anordnungen bekannt, bei denen die Angleichung der Drehzahl durch gezieltes Beschleunigen oder Abbremsen einer der Wellen auf die an der anderen Welle anliegende Drehzahl erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, auf die Verwendung von Reibelementen zu verzichten und die Drehzahlangleichung rein über eine gezielte Steuerung der Wellendrehzahlen vorzunehmen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug kann es sich grundsätzlich um jedes nicht schienengebundene Fahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann als ein zumindest überwiegend abseits von Straßen betreibbares Fahrzeug beziehungsweise als ein sogenanntes „Off-Highway“-Fahrzeug oder auch als ein Straßenfahrzeug ausgebildet sein. Bei dem Fahrzeug kann es sich ferner um eine Landmaschine handeln. Das Fahrzeug kann einen Anhänger aufweisen. Beispielsweise kann ein derartiges Fahrzeug mit Anhänger als Fahrzeuggespann ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrzeug ein landwirtschaftliches Gerät sein, welches mit einem Schlepper einen Fahrzeugverbund bilden kann. Das Fahrzeug, insbesondere das landwirtschaftliche Gerät, kann einen Antriebsstrang aufweisen, der Räder des Fahrzeugs bzw. landwirtschaftlichen Geräts antreibt. Der Schlepper kann einen Endantrieb aufweisen und der Antriebsstrang des landwirtschaftlichen Geräts kann mit dem Endantrieb zur Übertragung einer Antriebskraft wirkverbindbar sein. Das Fahrzeug kann ein Schlepper sein. Das Fahrzeug kann ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann eine Antriebsmaschine, insbesondere einen Elektromotor aufweisen, die mit dem Antriebsstrang wirkverbunden ist.
Bei der formschlüssigen Kupplung kann es sich um eine Klauenkupplung handeln. Die formschlüssige Kupplung kann eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle aufweisen. Die formschlüssige Kupplung kann dazu eingerichtet sein, über ein schaltbares Element einen Formschluss zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle herzustellen. Das Schaltelement kann beispielsweise eine Schiebemuffe sein, welche auf einer der Wellen drehfest und axial verschieblich vorgesehen ist. Das Schaltelement kann eine Verzahnung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, mit einer korrespondierenden Verzahnung der anderen Welle in Eingriff zu gelangen. Die Eingangswelle kann mit einem Elektromotor wirkverbunden sein. Die formschlüssige Kupplung kann in einem Schaltgetriebe oder einem Endantrieb vorgesehen sein. Die Eingangswelle kann mit einem Endantrieb eines Fahrzeugs wirkverbunden sein. Es kann jedoch auch die Abtriebswelle mit dem Endabtrieb verbunden sein und die Eingangswelle mit einer Antriebsmaschine wirkverbunden sein. Die Abtriebswelle kann mit Rädern des Fahrzeugs wirkverbunden sein. Die formschlüssige Kupplung kann verwendet werden, um während einer Bewegung des Fahrzeugs eine formschlüssige Verbindung herzustellen.
Das Verfahren weist als einen Schritt ein Regeln einer Eingangsdrehzahl der Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung derart auf, dass ein vorbestimmter Zustand erreicht wird. Bei dem vorbestimmten Zustand handelt es sich um einen Zustand, bei dem die Eingangsdrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs um eine Referenzdrehzahl schwingt. Die Eingangsdrehzahl wird somit nicht auf einen konstanten Wert geregelt. Vielmehr ist das Ziel der Regelung, dass die Eingangsdrehzahl der Eingangswelle schwingt. Ist der vorbestimmte Zustand erreicht, liegt somit keine konstante Eingangsdrehzahl an, sondern schwingt diese um eine Referenzdrehzahl. Der Wert, der an der Eingangswelle anliegenden Eingangsdrehzahl ändert sich somit über die Zeit. Es wird somit ein Eingangsdrehzahlverlauf geschaffen, der um die Referenzdrehzahl schwankt. Der vorbestimmte Zustand entspricht somit einem vorbestimmten beziehungsweise gezielt herbeigeführten Drehzahlverlauf. Anders gesagt wird eine Eingangsdrehzahlschwankung gezielt bewirkt. Die Eingangsdrehzahl korrespondiert zu einer Motordrehzahl eines mit der Eingangswelle wirkverbundenen Motors. Eine Regelung der Eingangsdrehzahl erfolgt daher über eine Regelung der Motordrehzahl.
Gemäß dem Verfahren erfolgt ferner eine Betätigung der formschlüssigen Kupplung nach Erreichen des vorbestimmten Zustands. Mit anderen Worten erfolgt eine Betätigung der formschlüssigen Kupplung erst dann, wenn die Eingangsdrehzahl innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs um eine Referenzdrehzahl schwingt.
Bei der formschlüssigen Kupplung kann es sich um eine automatisierte Kupplung handeln. Die Schritte des Verfahrens können demnach beispielsweise in Reaktion auf eine Schaltanforderung der automatisierten Kupplung durchgeführt werden.
Somit kann eine Betätigung der formschlüssigen Kupplung durch Erzeugen einer eingangsseitigen Drehzahlschwankung verbessert werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der vorbestimmte Zustand ein Zustand, bei dem die Eingangsdrehzahl periodisch um die Referenzdrehzahl schwingt. Die periodische Schwingung weist vorzugsweise eine Frequenz von 0,5 bis 10 Hertz, vorzugsweise eine Frequenz von 1 bis 5 Hertz auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zunächst ein Ermitteln einer ersten Abtriebsdrehzahl einer Abtriebswelle der formschlüssigen Kupplung in einem ersten Zeitpunkt. Die erste Abtriebsdrehzahl kann eine Abtriebsdrehzahl zum Zeitpunkt der Schaltanforderung sein. Zeitlich nachfolgend erfolgt ein Setzen der ersten Abtriebsdrehzahl als Referenzdrehzahl. Das Regeln der Eingangsdrehzahl kann dann basierend auf der ersten Abtriebsdrehzahl derart erfolgen, dass der vorbestimmte Zustand erreicht wird. Der Zustand ist erreicht, wenn die Eingangsdrehzahl innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs um die Abtriebsdrehzahl schwingt. Ist der Zustand erreicht, wird gezielt eine Differenzdrehzahlschwankung zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle herbeigeführt. Das Verfahren kann ferner den Schritt Erfassen einer zweiten Abtriebsdrehzahl nach Erreichen des vorbestimmten Zustands aufweisen. Ein Betätigen der formschlüssigen Kupplung erfolgt dann, wenn erfasst wird, dass die nach Erreichen des vorbestimmten Zustands erfasste zweite Abtriebsdrehzahl im vorbestimmten Drehzahlbereich liegt.
Der vorbestimmte Drehzahlbereich kann ein Drehzahlbereich sein, in welchem in Bezug auf die Abtriebsdrehzahl eine Differenzdrehzahl vorliegt, bei welcher ein beschädigungsfreies Betätigen der formschlüssigen Kupplung möglich ist. Die Grenzen des vorbestimmten Drehzahlbereichs können demnach durch die anfallenden Differenzdrehzahlen festgelegt sein, welche ein Einrücken der formschlüssigen Kupplung ohne Beschädigung zulassen. Bei einer periodischen Schwingung kann die Amplitude dem vorbestimmten Drehzahlbereich entsprechen. Die Grenzen des vorbestimmten Drehzahlbereichs können beispielsweise 50 1/min über der Referenzdrehzahl bzw. 50 1/min unterhalb der Referenzdrehzahl festgelegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der vorbestimmte Drehzahlbereich in Abhängigkeit einer erwarteten Abweichung der zweiten Abtriebsdrehzahl von der ersten Abtriebsdrehzahl festgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erwartete Abweichung in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Betriebsart des Fahrzeugs kann sich beispielsweise danach richten, ob ein an dem Fahrzeug vorgesehenes Gerät, beispielsweise ein Pflug, verwendet wird oder nicht.
Die erwartete Abweichung kann in Abhängigkeit von einer Bodenbeschaffenheit in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden. Bei einem Abrollen der Räder auf einem unebenen Untergrund kann beispielsweise die erwartete Abweichung höher sein als bei einem Abrollen auf ebenen Untergrund. Wird das Fahrzeug beispielsweise über eine landwirtschaftliche Nutzfläche bewegt, ist die erwartete Abweichung größer als eine erwartete Abweichung bei einer Bewegung des Fahrzeugs auf ebenem Untergrund.
Die erste Abtriebsdrehzahl und die zweite Abtriebsdrehzahl können jeweils aus einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden. Dazu kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst und unter Berücksichtigung eines Raddurchmessers und einer Getriebeübersetzung die jeweilige Abtriebsdrehzahl berechnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Schritt des Erfassens der zweiten Abtriebsdrehzahl in einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Erreichen des vorbestimmten Zustands. Anders gesagt erfolgt das Erfassen der zweiten Abtriebsdrehzahl zeitverzögert in Bezug auf den Zeitpunkt, ab dem der vorbestimmte Zustand erreicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schritt des Regelns ein erstes Regeln auf, bei welchem zunächst die Eingangsdrehzahl auf die Referenzdrehzahl geregelt wird. Auf diese Weise kann ein schnelles Annähern der Eingangsdrehzahl an die Referenzdrehzahl erfolgen. Der Schritt des Regelns kann ferner ein zweites Regeln aufweisen, bei welchem die Eingangsdrehzahl nach Erreichen der Referenzdrehzahl in den vorbestimmten Zustand geregelt wird. Das Regeln kann somit zweiteilig erfolgen, wobei zunächst ein möglichst rasches Annähern der Eingangsdrehzahl an die Referenzdrehzahl bewirkt wird und anschließend die Eingangsdrehzahl in den vorbestimmten Zustand überführt wird, in welchem diese um die Referenzdrehzahl schwingt.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich die formschlüssige Kupplung vor ihrer Betätigung im eingekuppelten Zustand befinden. Die Drehzahl der Eingangswelle kann somit zunächst einer Drehzahl der Abtriebswelle entsprechen. Die Differenzdrehzahl zwischen beiden Wellen ist somit null. Zu einem ersten Zeitpunkt kann die Eingangsdrehzahl somit einen Wert aufweisen, der der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle entspricht. Ausgehend von dieser Drehzahl kann nun zu einem zweiten Zeitpunkt die Eingangsdrehzahl der Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung derart geregelt werden, dass diese innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs um eine Referenzdrehzahl schwingt, wobei die Referenzdrehzahl bei dieser Ausführungsform sowohl der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle als auch der Eingangsdrehzahl der Eingangswelle zum ersten Zeitpunkt entspricht, da sich die formschlüssige Kupplung in einem eingerückten Zustand befindet. Bei dieser Ausführungsform ist es daher nicht erforderlich, eine Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle zu erfassen. Vielmehr kann bei dieser Ausführungsform nach Erreichen des vorbestimmten Zustands, in welchem die Eingangsdrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs um die Referenzdrehzahl schwingt, die Kupplung betätigt und somit ausgerückt werden. Im eingerückten Zustand der Kupplung erfolgt demnach eine Vorgabe einer gewünschten Drehzahlschwankung. Auf diese Weise kann bei der eingerückten Klauenkupplung periodisch ein drehmomentfreier Zustand zwischen Eingangswelle und Abtriebswelle erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann neben einer wie vorstehend beschriebenen Drehzahlregelung zusätzlich eine Begrenzung eines Drehmoments an der Eingangswelle erfolgen. Eine solche Drehmomentbegrenzung kann durch eine Begrenzung eines Motorstroms eines Elektromotors bewirkt werden, welcher die Eingangswelle antreibt. Auf diese Weise kann im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein abgeflachter Drehzahlverlauf erhalten werden. Anders gesagt kann nur eine vorbestimmte betragsmäßige Grenzabweichung von der Referenzdrehzahl zugelassen werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein Fahrzeug, welches eine in dieser Weise betätigte Klauenkupplung aufweist, durch zu heftige Drehzahlschwankungen ungünstige Fahrsituationen erreicht oder aufschwingt. Durch Festlegung einer Grenzabweichung kann der vorbestimmte Drehzahlbereich kleiner vorgesehen werden. Auf diese Weise kann eine Drehzahlschwankung erreicht werden, bei welcher periodisch in einem ersten vorbestimmten Zeitraum eine konstante Maximaleingangsdrehzahl und in einem zweiten vorbestimmten Zeitraum eine konstante Minimaleingangsdrehzahl erzeugt wird. Eine derartige Drehzahlbegrenzung beziehungsweise Verkleinerung des vorbestimmten Drehzahlbereichs kann ausreichen, um in einer eingekuppelten Klauenkupplung periodisch einen drehmomentfreien Zustand herzustellen.
Ferner ist eine Steuereinrichtung zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung des Fahrzeugs geschaffen. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren auszuführen.
Ferner wird gemäß einer Ausführungsform ein Fahrzeug geschaffen, welches eine wie vorstehend beschriebene formschlüssige Kupplung und ein wie vorstehend beschriebenes Steuergerät zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung aufweist. Das Fahrzeug kann einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb aufweisen, der mit der Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung wirkverbunden ist.

1 zeigt schematisch eine Darstellung einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt einen Drehzahlverlauf einer Eingangsdrehzahl an einer Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung.
4 zeigt schematisch ein Schaltgetriebe mit einer formschlüssigen Kupplung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
5 zeigt einen Drehzahlverlauf einer Eingangsdrehzahl an einer Eingangswelle der formschlüssigen Kupplung gemäß einer weiteren Ausführungsformen.

In 1 ist schematisch eine formschlüssige Kupplung in Form einer Klauenkupplung 1 dargestellt. Die Klauenkupplung 1 weist eine Eingangswelle 3, eine Abtriebswelle 2 und zwei Klauenelemente 4, 5 auf. Von den beiden Klauenelementen 4, 5 ist ein Klauenelement 4 drehfest und axial unbeweglich auf der Eingangswelle 3 befestigt. Das andere Klauenelement 5 ist auf der Abtriebswelle 2 drehfest, jedoch axial beweglich angeordnet. Die Klauenelemente 4, 5 sind mit einer Verzahnung versehen, die einen formschlüssigen Eingriff zwischen den Klauenelementen 4 und 5 ermöglicht. Durch Bewegung des Klauenelements 5 in axialer Richtung der Abtriebswelle 2 ist es möglich, eine formschlüssige Verbindung mit dem Klauenelement 4 herzustellen oder aufzulösen. Bei der in 1 gezeigten schematischen Darstellung ist die Klauenkupplung 1 in einem geschlossenen beziehungsweise eingerückten Zustand gezeigt. Die Klauenelemente 4, 5 sind in Eingriff miteinander. Zum Trennen der Kupplung 1 kann, wie bereits vorstehend erwähnt, das Klauenelement 5 in axialer Richtung der Abtriebswelle 2 weg von dem Klauenelement 4 bewegt werden. Auf diese Weise gelangen die Klauenelemente 4, 5 außer Eingriff und eine Kraftübertragung wird unterbrochen. Die Klauenkupplung 1 ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug im Antriebsstrang. Die Eingangswelle ist mit einer elektrischen Antriebsmaschine wirkverbunden. Die Abtriebswelle ist mit Rädern des Fahrzeugs wirkverbunden.
Zum Betätigen der in 1 gezeigten Klauenkupplung ist ein Verfahren geschaffen, dessen Schritte in 2 schematisch dargestellt sind. Bei dem gezeigten Verfahren wird zunächst bei Schritt S1 in Folge einer Schaltanforderung eine erste Abtriebsdrehzahl n_ab1 der Abtriebswelle 2 der formschlüssigen Kupplung 1 ermittelt. Auf diese Weise wird die erste Abtriebsdrehzahl zu einem ersten Zeitpunkt t₁ ermittelt. Nachfolgend wird in Schritt S2 die ermittelte erste Abtriebsdrehzahl n_ab1 als eine Referenzdrehzahl nref gesetzt. Im nachfolgenden Schritt S3 wird die Eingangsdrehzahl n_ein basierend auf der ersten Abtriebsdrehzahl n_ab1 derart geregelt, dass ein vorbestimmter Zustand erreicht wird, bei dem die Eingangsdrehzahl nein innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs um die Abtriebsdrehzahl n_ab1 schwingt. Nach Erreichen des vorbestimmten Zustands wird im Schritt S4 ein weiteres Mal die Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 2 erfasst. Diese Abtriebsdrehzahl bildet eine zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 . Im Anschluss an den Schritt S4 wird in Schritt S5 ermittelt, ob die zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 im vorbestimmten Drehzahlbereich liegt. Wird in Schritt S5 ermittelt, dass die nach Erreichen des vorbestimmten Zustands Z erfasste zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 im vorbestimmten Drehzahlbereich liegt, dann wird die formschlüssige Kupplung 1 betätigt. Andernfalls unterbleibt die Betätigung.
3 zeigt schematisch einen Drehzahlverlauf, wie er durch die Regelung in Schritt S3 bewirkt wird. Der vorstehend beschriebene vorbestimmte Zustand Z wird bei der Darstellung in 3 zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ erreicht. Ab diesem Zeitpunkt regelt das Verfahren gemäß Schritt S3 die Eingangsdrehzahl derart, dass diese innerhalb des vorbestimmten Bereichs B um die Referenzdrehzahl n_ref schwingt. Genauer gesagt schwingt die Eingangsdrehzahl nein ab dem Zeitpunkt t₂ periodisch mit einer Amplitude, die wertmäßig dem vorbestimmten Drehzahlbereich B entspricht. Mit dem Zeitpunkt t₃ ist ein Zeitpunkt angegeben, bei welchem die zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 bestimmt wird und geprüft wird, ob die erfasste zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 im Drehzahlbereich B liegt. Es wird somit geprüft, ob eine zum Zeitpunkt t₃ aktuelle Abtriebsdrehzahl stärker als gewünscht von der Referenzdrehzahl nref abweicht.
Der Drehzahlbereich B wird bei der gezeigten Ausführungsform in Abhängigkeit einer erwarteten Abweichung der zweiten Abtriebsdrehzahl n_ab2 von der ersten Abtriebsdrehzahl n_ab1 festgelegt. Die Abtriebsdrehzahl kann sich aufgrund von äußeren Einflüssen verändern. Gemäß einer Ausführungsform kann die in 1 dargestellte formschlüssige Kupplung 1 in einem Fahrzeug vorgesehen sein, in welchem die formschlüssige Kupplung 1 in einem Antriebsstrang vorgesehen ist. Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, eine von einer Antriebsmaschine erzeugte Leistung auf Räder des Fahrzeugs zu übertragen. Die formschlüssige Kupplung 1 dient dazu, einen Kraftfluss im Antriebsstrang wahlweise herzustellen oder zu unterbrechen. Der Untergrund, auf dem sich das Fahrzeug bewegt, hat einen Einfluss auf die Radbewegung. Bei einem abrupten Anstieg kann sich die Raddrehzahl verlangsamen, wohingegen bei einem Gefälle die Raddrehzahl zunehmen kann. Eine Änderung einer Raddrehzahl führt somit zu einer Änderung der Abtriebsdrehzahl der formschlüssigen Kupplung 1.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird ausgeschlossen, dass die Kupplung 1 betätigt wird, wenn die zweite Abtriebsdrehzahl n_ab2 zu stark von der zuvor erfassten ersten Abtriebsdrehzahl n_ab1 abweicht, also nicht mehr im vorbestimmten Drehzahlbereich B liegt.
In 3 sind weitere Ausführungsformen gezeigt. Bei einer Ausführungsform befindet sich die formschlüssige Kupplung 1 im eingekuppelten Zustand. Die Drehzahl der Eingangswelle entspricht somit der Drehzahl der Abtriebswelle. Die Differenzdrehzahl zwischen beiden Wellen ist somit null. Zu einem ersten Zeitpunkt t₁ hat die Eingangsdrehzahl n_ein somit einen Wert, der der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 2 entspricht. Ausgehend von dieser Drehzahl, die in 3 mit V1 gekennzeichnet ist, kann nun zum Zeitpunkt t₂ die Eingangsdrehzahl n_ein der Eingangswelle 3 der formschlüssigen Kupplung 1 derart geregelt werden, dass diese innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs B um eine Referenzdrehzahl nref schwingt, wobei die Referenzdrehzahl n_ref bei dieser Ausführungsform sowohl der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 2 als auch der Eingangsdrehzahl der Eingangswelle 3 entspricht, da sich die formschlüssige Kupplung in einem eingerückten Zustand befindet. Bei dieser Ausführungsform ist es daher nicht erforderlich, eine Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 2 zu erfassen. Vielmehr wird bei dieser Ausführungsform nach Erreichen des vorbestimmten Zustands Z, in welchem die Eingangsdrehzahl n_ein innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs B um die Referenzdrehzahl n_ref schwingt, die Kupplung betätigt und somit ausgerückt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Eingangswelle 3 zunächst nicht angetrieben, während sich die Abtriebswelle 2 bereits dreht. In diesem Fall muss die Drehzahl der Eingangswelle 3 zunächst in Richtung Referenzdrehzahl n_ref erhöht werden. Dies ist in 3 durch den Drehzahlverlauf V2 angegeben. Ausgehend von einer Drehzahl gleich null der Eingangswelle zum Zeitpunkt t₁ einer Schaltanforderung wird die Drehzahl bei dieser Ausführungsform zunächst auf die Referenzdrehzahl n_ref geregelt. Bei Erreichen der Referenzdrehzahl n_ref erfolgt die Regelung dann so, dass die Eingangsdrehzahl in den vorstehend beschriebenen vorbestimmten Zustand Z geregelt wird.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei welcher die vorstehend beschriebene formschlüssige Kupplung als Klauenkupplung 10 in einem Schaltgetriebe 100 verwendet wird. Das Schaltgetriebe 100 weist eine Eingangswelle 101, eine Vorgelegewelle 103 und eine Abtriebswelle 102 auf. Auf der Eingangswelle 101 ist ein Festrad 104 vorgesehen, welches kämmend in Eingriff mit einem Festrad 105 der Vorgelegewelle 103 ist. Ein weiteres Festrad 106 der Vorgelegewelle 103 ist kämmend in Eingriff mit einem Losrad 108 an der Abtriebswelle 102. Ein weiteres Festrad 107 der Vorgelegewelle 103 ist kämmend in Eingriff mit einem Losrad 209 an der Abtriebswelle 102. Die Klauenkupplung 10 ist an der Abtriebswelle 102 vorgesehen, um die Losräder 108, 109 wahlweise mit der Abtriebswelle 102 zu verbinden. Bei dieser Anordnung sind die Losräder 108, 109 als Eingangswellen im Sinne des vorstehend beschriebenen Verfahrens anzusehen. Diese Losräder 108, 109 gilt es im Falle eines Schaltvorgangs durch die Klauenkupplung 10 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 102 zu synchronisieren. Das vorstehend beschriebene Verfahren wird dabei gleichermaßen angewandt, mit dem Unterschied, dass die Eingangsdrehzahl n_ein nun der Drehzahl der Losräder 108, 109 entspricht, je nachdem welches der Losräder 108, 109 mit der Abtriebswelle 102 drehfest verbunden werden soll.
5 zeigt schematisch einen Drehzahlverlauf gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform erfolgt neben einer Drehzahlregelung, wie sie unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben wurde, zusätzlich eine Begrenzung eines Drehmoments an der Eingangswelle 3. Eine solche Drehmomentbegrenzung wird bei dieser Ausführungsform durch eine Begrenzung eines Motorstroms eines Elektromotors bewirkt, welcher die Eingangswelle 3 antreibt. Auf diese Weise wird im Vergleich zu den vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Ausführungsformen ein abgeflachter Drehzahlverlauf erhalten. Anders gesagt wird nur eine vorbestimmte betragsmäßige Grenzabweichung von der Referenzdrehzahl zugelassen. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein Fahrzeug, welches eine in dieser Weise betätigte Klauenkupplung aufweist, durch zu heftige Drehzahlschwankungen ungünstige Fahrsituationen erreicht oder aufschwingt. In 5 ist ersichtlich, wie sich eine solche Begrenzung des Motorstroms auf den Drehzahlverlauf auswirkt. Im Vergleich zu dem in 3 gezeigten vorbestimmten Drehzahlbereich B des Drehzahlverlaufs im Zustand Z ist der vorbestimmte Drehzahlbereich B der in 5 gezeigten Ausführungsform kleiner. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform wird deshalb nicht mehr eine wie in 3 dargestellte Drehzahlschwankung erreicht (in 5 als gepunktete Linie gezeigt). Stattdessen wird eine Drehzahlschwankung erreicht, bei welcher periodisch in einem ersten vorbestimmten Zeitraum eine konstante Maximaleingangsdrehzahl und in einem zweiten vorbestimmten Zeitraum eine konstante Minimaleingangsdrehzahl anliegt. Eine derartige Drehzahlbegrenzung beziehungsweise Verkleinerung des vorbestimmten Drehzahlbereichs B reicht aus, um in der eingekuppelten beziehungsweise eingerückten Klauenkupplung periodisch einen drehmomentfreien Zustand herzustellen. Auch bei dieser Ausführungsform wird nach Erreichen des vorbestimmten Zustands Z, in welchem die Eingangsdrehzahl n_ein innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs B um die Referenzdrehzahl n_ref schwingt, die Kupplung betätigt und somit ausgerückt.
Bezugszeichenliste

1,10: formschlüssige Kupplung
2: Abtriebswelle
3: Eingangswelle
4, 5: Klauenelement
100: Schaltgetriebe
101: Eingangswelle
103: Vorgelegewelle
102: Abtriebswelle
104,105,106,107: Festrad
108,109: Losrad
t₁: Zeitpunkt
t₂: Zeitpunkt
t₃: Zeitpunkt
n_ab1: erste Abtriebsdrehzahl
n_ab2: zweite Abtriebsdrehzahl
n_ref: Referenzdrehzahl
n_ein: Eingangsdrehzahl
Z: vorbestimmter Zustand
B: vorbestimmter Drehzahlbereich
V1: Drehzahlverlauf
V2: Drehzahlverlauf
S1: Ermitteln einer ersten Abtriebsdrehzahl
S2: Setzen der ersten Abtriebsdrehzahl als Referenzabtriebsdrehzahl
S3: Regeln der Eingangsdrehzahl
S4: Erfassen einer zweiten Abtriebsdrehzahl
S5: Betätigen der formschlüssigen Kupplung

Claims

Verfahren zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung (1) eines Fahrzeugs, mit den Schritten Regeln (S3) einer Eingangsdrehzahl (n_ein) einer Eingangswelle (3) der formschlüssigen Kupplung (1) derart, dass ein vorbestimmter Zustand (Z) erreicht wird, bei dem die Eingangsdrehzahl (n_ein) innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs (B) um eine Referenzdrehzahl (n_ref) schwingt, und Betätigen (S5) der formschlüssigen Kupplung (1) nach Erreichen des vorbestimmten Zustands (Z).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Zustand (Z) ein Zustand ist, bei dem die Eingangsdrehzahl (n_ein) periodisch um die Referenzdrehzahl (n_ref) schwingt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit den Schritten Ermitteln (S1) einer ersten Abtriebsdrehzahl (n_ab1) einer Abtriebswelle (2) der formschlüssigen Kupplung (1) in einem ersten Zeitpunkt (t₁), Setzen (S2) der ersten Abtriebsdrehzahl (n_ab1) als Referenzdrehzahl (n_ref), Regeln (S3) der Eingangsdrehzahl (n_ein) basierend auf der ersten Abtriebsdrehzahl (n_ab1) derart, dass ein vorbestimmter Zustand (Z) erreicht wird, bei dem die Eingangsdrehzahl (n_ein) innerhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs (B) um die Abtriebsdrehzahl (n_ab1) schwingt, Erfassen (S4) einer zweiten Abtriebsdrehzahl (n_ab2) nach Erreichen des vorbestimmten Zustands (Z), und Betätigen (S5) der formschlüssigen Kupplung (1), wenn erfasst wird, dass die nach Erreichen des vorbestimmten Zustands (Z) erfasste zweite Abtriebsdrehzahl (n_ab2) im vorbestimmten Drehzahlbereich (B) liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Drehzahlbereich (B) in Abhängigkeit einer erwarteten Abweichung der zweiten Abtriebsdrehzahl (n_ab2) von der ersten Abtriebsdrehzahl (n_ab1) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erwartete Abweichung in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Fahrzeugs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die erwartete Abweichung in Abhängigkeit von einer Bodenbeschaffenheit in der Umgebung des Fahrzeugs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Abtriebsdrehzahl (n_ab1) und die zweite Abtriebsdrehzahl (n_ab2) jeweils aus einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Schritt des Erfassens (S4), der zweiten Abtriebsdrehzahl (n_ab2) in einem vorbestimmten Zeitpunkt (t₃) nach Erreichen des vorbestimmten Zustands (Z) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Regelns (S3) ein erstes Regeln, bei welchem zunächst die Eingangsdrehzahl (n_ein) auf die Referenzdrehzahl (n_ref) geregelt wird, und ein zweites Regeln aufweist, bei welchem die Eingangsdrehzahl (n_ein) nach Erreichen der Referenzdrehzahl (n_ref) in den vorbestimmten Zustand (Z) geregelt wird.
Steuergerät zur Betätigung einer formschlüssigen Kupplung eines Fahrzeugs, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Fahrzeug mit einer formschlüssigen Kupplung (1) und einem Steuergerät nach Anspruch 10 zur Betätigung der formschlüssigen Kupplung (1).
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei das Fahrzeug einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb aufweist, der mit der Eingangswelle (3) der formschlüssigen Kupplung (1) wirkverbunden ist.