WO2011076513A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer klauenkupplung in einem kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen antrieb - Google Patents

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Stefan Spoerhase
Markus Peter
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a dog clutch in a motor vehicle with an electric motor drive, in which the two coupling parts of the dog clutch transmit a force between the electric motor drive and a, wheels of the motor vehicle having axis and before closing the dog clutch to a predetermined speed difference between the axis and the electric motor drive are set, wherein the predetermined speed difference of a synchronization speed of the electric motor drive and a speed of the wheel of the motor vehicle is formed, and an apparatus for performing the method.
  • the two coupling elements of the dog clutch in this case have teeth which are arranged at predetermined intervals from each other.
  • a first coupling element is connected to the drive and the second coupling element with the driven axis of the motor vehicle.
  • To close the dog clutch in a moving vehicle it is necessary to set a differential speed between the two coupling elements, so that the teeth of the two coupling elements engage. That is, the teeth of one coupling element engage in the spaces between the teeth of the other coupling element and vice versa. This is ensured if the two coupling elements to each other have a differential speed.
  • the electric motor When using the dog clutch in hybrid vehicles, which have an internal combustion engine and an electric motor for driving a vehicle, it is often the case that when the vehicle is driven by means of the internal combustion engine, the electric motor is connected via the dog clutch to the Drive the vehicle to assist.
  • the electric motor is at this time at a standstill and must first be accelerated to the speed of the axle bearing the wheels.
  • the electric motor requires energy from the energy source associated with the electric motor.
  • the startup time of the electric motor from standstill is relatively long, in which the electric motor can contribute anything to the desired drive.
  • Motor vehicle with an electric motor drive with the features of claim 1 has the advantage that the necessary for the engagement of the dog clutch synchronization speed is achieved in a very short time. Due to the fact that, during the driving operation of the motor vehicle with the jaw clutch open, the passive electromotive drive, in particular from the
  • the coupling element which is connected to the electromotive drive, must have a synchronization speed.
  • the coupling element which is connected to the axle of the vehicle, has a speed which is higher or lower than the synchronizing speed by one differential speed, in order to ensure that the two coupling elements of the dog clutch can mesh by one tooth of a coupling element engages in a gap of the other coupling element.
  • the electric motor drive is accelerated by a drag torque of a transmission, wherein the transmission is moved over the, the wheels of the moving motor vehicle bearing axis.
  • the motor vehicle In the case of a hybrid engine, the motor vehicle is kept in motion by the internal combustion engine, wherein the drive movement of the wheels of the motor vehicle is transmitted to the transmission, which also rotates in this state.
  • the electric motor drive is accelerated and passively dragged the synchronization speed afterwards. This behavior contributes significantly to shortening the synchronization time.
  • the electromotive drive is operated in a freewheeling operating state. In this state, no active control of the torque of the electric motor drive takes place, so that the electric motor drive is free from any influence by external signals. In this situation, the electric motor drive is influenced solely by the gear assembly in its movement.
  • a connection between the electric motor drive and an energy source of the electric motor drive is interrupted. This ensures that the electromotive drive can not perform active, supported by the power source rotational movements.
  • an actuator of the electric motor drive is placed in an idle.
  • this actuator is a pulse inverter whose semiconductor elements are blocked, so that no drive signals reach the electromotive drive.
  • the speed of the electromotive drive is accelerated to a speed threshold, which is above a clutch speed at which the dog clutch is closed. This setting ensures that the synchronization speed is reached at all times. But it is also ensured that an overspeed of the electric motor drive can not be adjusted, whereby a mechanical overloading of the electric motor drive is prevented.
  • the electromotive drive is supplied after completion of the passive drive phase and the successful engagement of an active speed control. Thereby, the torque, which contributes to the drive of the motor vehicle, the electric motor, again fully matched to the requirements of the driver or the motor vehicle and recorded the normal driving operation with the electric motor drive.
  • a further development relates to a device for operating a dog clutch in a motor vehicle with an electric motor drive, in which the two coupling parts of the dog clutch transmit a force between the electric motor drive and an axle having wheels of the motor vehicle and before closing the dog clutch to a predetermined Speed difference between the axis and the electric motor drive can be adjusted, wherein the predetermined speed difference from a synchronization speed of the wheel and a speed of the electric motor drive is formed det.
  • means are provided which accelerate the passive electric motor drive, in particular from standstill, to a speed during the driving operation of the motor vehicle with the jaw clutch open, which lags the synchronization speed. Since the electromotive drive at the time of the Einkuppelsignales already rotating close to the synchronization speed, the time for setting the
  • the electromotive drive and / or the dog clutch are arranged in the transmission oil. This causes that upon movement of the transmission, this movement is transmitted to the transmission oil, whereby friction and losses in the transmission arrangement, a drag torque on the two coupling elements of the dog clutch and the electric motor drive are transmitted, via the coupling element connected to the electric motor drive at an open claw clutch is exerted a force on the electric motor drive and this is set in a rotary motion.
  • Figure 1 Schematic representation of a vehicle with a hybrid drive
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram for an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a hybrid vehicle which has a hybrid drive consisting of an internal combustion engine 1 and an electric motor 2.
  • the internal combustion engine 1 and the electric motor 2 thereby drive different axes of the hybrid vehicle.
  • the internal combustion engine 1 is connected via a first transmission 3 to the front axle 4 of the hybrid vehicle, on which two drive wheels 5, 6 are arranged.
  • An engine control unit 7 generates the control signals for the internal combustion engine 1.
  • the electric motor 2 drives the rear axle 8 of the hybrid vehicle, which carries two further drive wheels 9 and 10.
  • the electric motor 2 forms with a dog clutch 1 1 and a second gear 12, a structural unit 13.
  • the gear 12 leads to the rear axle 8 of the hybrid vehicle and is with this connected.
  • the electric motor 2, the dog clutch 1 1 and the transmission 12 are located in a common oil pan.
  • the dog clutch 1 1 is a special design of a clutch. Both coupling elements 1 1 a, 1 1 b of the dog clutch 1 1 point
  • the electric motor 2 is further connected to a power output stage 14 in the form of a pulse inverter, which generates the current for the operation of the electric motor 2.
  • the power output stage 14 is connected to a high-voltage battery 15, which provides an electrical voltage of approximately 230 V for the operation of the electric motor 2.
  • the electric motor 2 is formed in the present embodiment as a permanently excited synchronous machine.
  • the power output stage 14 at the same time contains a control unit (not further shown), which generates the clock signals for the semiconductor switches of the power output stage 14, with which they are driven and whereby the electric motor 2 is set into rotary motion.
  • block 100 it is determined whether the dog clutch 1 1 is open. If this is the case, the electric motor 1 is switched to a freewheel in block 101. In this case, the semiconductor switches of the pulse inverter of the power output stage 14 of the electric motor 2 are set in a blocking state, whereby the energy flow is interrupted by the high-voltage battery 15 to the electric motor 2, since the pulse inverter no longer sends Taktsig- signals. The electric motor is thus no longer able to build up an electrical torque.
  • block 102 it is checked whether the hybrid vehicle is in motion. If the hybrid vehicle drives at a high speed, high wheel speeds result, which are transmitted to the transmission 12 and the second jaw clutch element 11b and which likewise rotate as a result. At the high driving speed, friction is triggered by the movement of the transmission 12 in the transmission oil, which friction is transmitted to the electric motor 2 and which, as a result of these losses of the transmission 12, likewise gets into a rotational movement.
  • the synchronization speed of the electric motor 2, which is necessary for the closing of the dog clutch 1 1, is determined in block 103 from the vehicle speed.
  • a signal for engaging the dog clutch 1 1 the speed of the electric motor 2 is measured by means of a speed sensor, not shown, and determines the difference to the synchronization speed, which is necessary for closing the dog clutch 1 1 (block 105).
  • This synchronization speed always differs by a predetermined difference from the rotational speed of the rear axle 8. This difference is necessary so that the dog clutch 1 1 engages tooth in gap in accordance with regulations.
  • the electric motor 2 is switched from the freewheeling operating state into the driven operating state in that the semiconductor switches of the pulse-controlled inverter of the power output stage 14 are again in the forward direction. be switched and the pulse inverter of the power amplifier 14 again provides clock signals for establishing an electrical torque by the electric motor 2.
  • the electrical torque delivered by the electric motor 2 in this case is only so great that only the difference of the torque in which the electric motor 2 is already in the drag torque of the transmission 12 must be balanced up to the synchronization speed, which is why only a very small one Synchronization time is necessary. If this synchronization speed is achieved by the actively controlled operation of the electric motor 2, the dog clutch 1 1 is closed in block 107.
  • the speed of the electric motor 2 is limited in block 108 to a predetermined speed, wherein the predetermined speed is above the synchronization speed.
  • the predetermined speed is maintained until the speed of the second coupling element 1 1 b and thus the rotational speed of the rear axle 8 drops again, whereby the synchronization speed is reduced.
  • the temperature of the electric motor 2 is monitored. Since the electric motor 2 is designed as a permanently excited synchronous machine, the rotor is heated by the structure of a constantly rotating field, which can lead to excess temperatures of the electric motor 2. If such an overtemperature is reached, an active shutdown of the electric motor 2 is initiated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die beiden Kupplungsteile (11 a, 11 b) der Klauenkupplung (11) eine Kraft zwischen dem elektromotorischen Antrieb (2) und einer, Räder (9, 10) des Kraftfahrzeuges aufweisenden Achse (8) übertragen und vor dem Schließen der Klauenkupplung (11) auf eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwischen der Achse (8) und dem elektromotorischen Antrieb (2) eingestellt werden, wobei die vorgegebene Drehzahldifferenz aus einer Synchronisierungsdrehzahl des elektromotorischen Antriebes (2) und einer Drehzahl des Rades (9, 10) des Kraftfahrzeuges gebildet wird. Um zu gewährleisten, dass die für dass Einkuppeln der Klauenkupplung notwendige Synchronisierungsdrehzahl in einer sehr kurzen Zeit erreicht wird, wird während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges bei geöffneter Klauenkupplung (11) der passive elektromotorische Antrieb (2), insbesondere aus dem Stillstand, auf eine Drehzahl beschleunigt, welche der Synchronisierungsdrehzahl nachläuft.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die beiden Kupplungsteile der Klauenkupplung eine Kraft zwischen dem elektromotorischen Antrieb und einer, Räder des Kraftfahrzeuges aufweisenden Achse übertragen und vor dem Schließen der Klauenkupplung auf eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwischen der Achse und dem elektromotorischen Antrieb eingestellt werden, wobei die vorgegebene Drehzahldifferenz aus einer Synchronisierungs- drehzahl des elektromotorischen Antriebes und einer Drehzahl des Rades des Kraftfahrzeuges gebildet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Übertragung von Drehbewegungen bzw. Drehmomenten werden in Kraftfahrzeugen sogenannte Klauenkupplungen eingesetzt. Die beiden Kupplungselemente der Klauenkupplung weisen dabei Zähne auf, welche in vorgegebenen Abständen von einander angeordnet sind. Ein erstes Kupplungselement ist dabei mit dem Antrieb und das zweite Kupplungselement mit der anzutreibenden Achse des Kraftfahrzeuges verbunden. Um die Klauenkupplung bei einem bewegten Fahrzeug zu schließen, ist es notwendig, eine Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungselementen einzustellen, damit die Zähne der beiden Kupplungselemente ineinandergreifen. D.h. die Zähne des einen Kupplungselementes greifen in die Zwischenräume zwischen den Zähnen des anderen Kupplungselementes und anders herum. Dies wird gewährleistet, wenn die beiden Kupplungselemente zueinander eine Differenzdrehzahl aufweisen. Bei einem Einsatz der Klauenkupplung in Hybridfahrzeugen, welche einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeuges aufweisen, tritt häufig der Fall ein, dass, wenn das Fahrzeug mit Hilfe des Verbrennungsmotors angetrieben wird, der Elektromotor über die Klauenkupplung zuge- schaltet wird, um den Antrieb des Fahrzeuges zu unterstützen. Der Elektromotor befindet sich zu diesem Zeitpunkt im Stillstand und muss zunächst auf die Drehzahl der, die Räder tragenden Achse beschleunigt werden. Zu diesem Zweck benötigt der Elektromotor Energie aus der dem Elektromotor zugeordneten Energiequelle. Außerdem ist die Anlaufzeit des Elektromotors aus dem Stillstand relativ lang, in welcher der Elektromotor zum gewünschten Antrieb nichts beitragen kann.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem
Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass die für das Einkuppeln der Klauenkupplung notwendige Synchronisierungsdrehzahl in einer sehr kurzen Zeit erreicht wird. Dadurch, dass während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges bei geöffneter Klauenkupplung der passive elektromotorische Antrieb, insbesondere aus dem
Stillstand, auf eine Drehzahl beschleunigt wird, welche der Synchronisierungsdrehzahl nachläuft, befindet sich der elektromotorische Antrieb immer in Drehbewegung, die bei geöffneter Klauenkupplung aber nicht für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt wird. Wenn das Einkuppeln der Klauenkupplung gefordert wird, ist die Synchronisierungszeit nur noch sehr klein, da der elektromotorische
Antrieb bereits nahe der Synchronisierungsdrehzahl rotiert. Somit entfallen Zeiten für das Andrehen des elektromotorischen Antriebes und der Überwindung der Massenträgheit des elektromotorischen Antriebes. Soll die Klauenkupplung geschlossen werden, damit der elektromotorische Antrieb das von ihm erzeugte Drehmoment auf die Fahrzeugachse überträgt, muss das Kupplungselement, welches mit dem elektromotorischen Antrieb verbunden ist, eine Synchronisierungsdrehzahl aufweisen. Das Kupplungselement, welches mit der Achse des Fahrzeuges verbunden ist, weist eine Drehzahl auf, die um ei- ne Differenzdrehzahl höher oder niedriger ist als die Sychronisierungsdrehzahl, damit sicher gestellt ist, dass die beiden Kupplungselemente der Klauenkupplung ineinandergreifen können, indem jeweils ein Zahn eines Kupplungselementes in eine Lücke des anderen Kupplungselementes eingreift. Dadurch, dass der elektromotorische Antrieb bereits in Bewegung ist, bevor die Klauenkupplung geschlossen wird, wird eine sehr geringe Zeit benötigt, um die Synchronisierungs- drehzahl zu erreichen, da nur noch der Unterschied zur Synchronisationsdrehzahl ausgeglichen werden muss. Dieser Ausgleich erfolgt, in dem der elektromotorische Antrieb zum Zeitpunkt der Schließung der Klauenkupplung wieder elektrisch angetrieben wird.
Vorteilhafterweise wird der elektromotorische Antrieb durch ein Schleppmoment eines Getriebes beschleunigt, wobei das Getriebe über die, die Räder des sich bewegenden Kraftfahrzeuges tragende Achse bewegt wird. Im Falle eines Hybridmotors wird das Kraftfahrzeug durch den Verbrennungsmotor in Bewegung gehalten, wobei die Antriebsbewegung der Räder des Kraftfahrzeuges auf das Getriebe übertragen wird, welches sich in diesem Zustand ebenfalls dreht. Durch Verluste und Reibung, die in der Getriebeanordnung entstehen, wird der elektromotorische Antrieb beschleunigt und so passiv der Synchronisierungsdrehzahl hinterher geschleppt. Dieses Verhalten trägt wesentlich zur Verkürzung der Syn- chronisierungszeit bei.
In einer Ausgestaltung wird der elektromotorische Antrieb in einem Freilauf- Betriebszustand betrieben. In diesem Zustand findet keine aktive Regelung des Drehmomentes des elektromotorischen Antriebes statt, so dass der elektromotorische Antrieb frei von jeder Beeinflussung durch äußere Signale ist. In dieser Situation wird der elektromotorische Antrieb allein durch die Getriebeanordnung in seiner Bewegung beeinflusst.
In einer Weiterbildung wird eine Verbindung zwischen dem elektromotorischen Antrieb und einer Energiequelle des elektromotorischen Antriebes unterbrochen. Damit wird sichergestellt, dass der elektromotorische Antrieb keine aktiven, von der Energiequelle unterstützten Drehbewegungen ausführen kann.
In einer Variante wird ein Stellglied des elektromotorischen Antriebes in einen Leerlauf versetzt. Im Falle eines Elektromotors handelt es sich bei diesem Stell- glied um einen Pulswechselrichter, dessen Halbleiterelemente gesperrt werden, so dass keine Ansteuersignale den elektromotorischen Antrieb erreichen. Vorteilhafterweise wird die Drehzahl des elektromotorischen Antriebes bis zu einem Drehzahlschwellwert beschleunigt, welcher oberhalb einer Kupplungsdrehzahl liegt, bei welcher die Klauenkupplung geschlossen wird. Durch diese Ein- Stellung wird gewährleistet, dass die Synchronisierungsdrehzahl jederzeit erreicht wird. Es wird aber auch sichergestellt, dass eine Überdrehzahl des elektromotorischen Antriebs nicht eingestellt werden kann, wodurch eine mechanische Überbelastung des elektromotorischen Antriebes unterbunden wird. In einer Ausgestaltung wird der elektromotorische Antrieb nach dem Abschluss der passiven Antriebsphase und dem erfolgten Einkuppeln einer aktiven Drehzahlregelung zugeführt. Dadurch wird das Drehmoment, welches der elektromotorische Antrieb zum Antrieb des Kraftfahrzeuges beiträgt, wieder voll auf die Anforderungen des Fahrers bzw. des Kraftfahrzeuges abgestimmt und der normale Fahrbetrieb mit dem elektromotorischen Antrieb aufgenommen.
Eine Weiterbildung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die beiden Kupplungsteile der Klauenkupplung eine Kraft zwischen dem elektromoto- rischen Antrieb und einer, Räder des Kraftfahrzeuges aufweisenden Achse übertragen und vor dem Schließen der Klauenkupplung auf eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwischen der Achse und dem elektromotorischen Antrieb eingestellt werden, wobei die vorgegebene Drehzahldifferenz aus einer Synchronisierungsdrehzahl des Rades und einer Drehzahl des elektromotorischen Antriebes gebil- det wird. Um die Synchronisierungszeit zu verkürzen, sind Mittel vorhanden, welche während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges bei geöffneter Klauenkupplung den passiven elektromotorischen Antrieb, insbesondere aus dem Stillstand, auf eine Drehzahl beschleunigen, welche der Synchronisierungsdrehzahl nachläuft. Da der elektromotorische Antrieb zum Zeitpunkt des Einkuppelsignales be- reits nahe der Synchronisierungsdrehzahl rotiert, wird die Zeit zur Einstellung der
Synchronisierungsdrehzahl stark verkürzt, da die Zeit für das Andrehen des elektromotorischen Antriebes entfällt. Die Überwindung der Massenträgheit des elektromotorischen Antriebes ist nur noch bedingt notwendig, da sich der elektromotorische Antrieb bereits in Bewegung befindet. Vorteilhafterweise bilden die Klauenkupplung und ein Getriebe, welches mit der Achse des Kraftfahrzeuges verbunden ist, eine bauliche Einheit. Dies hat den Vorteil eines kompakteren konstruktiven Aufbaus.
In einer Ausgestaltung sind der elektromotorische Antrieb und/oder die Klauenkupplung im Getriebeöl angeordnet. Dies bewirkt, dass bei einer Bewegung des Getriebes diese Bewegung auf das Getriebeöl übertragen wird, wodurch Reibung und Verluste in der Getriebeanordnung ein Schleppmoment auf die beiden Kupplungselemente der Klauenkupplung und den elektromotorischen Antrieb übertragen werden, wobei über das mit dem elektromotorischen Antrieb verbundene Kupplungselement auch bei einer geöffneten Klauenkupplung eine Kraft auf den elektromotorischen Antrieb ausgeübt wird und dieser in eine Drehbewegung versetzt wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb
Figur 2: schematisches Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
In Figur 1 ist ein Hybridfahrzeug dargestellt, welches einen Hybridantrieb bestehend aus einem Verbrennungsmotor 1 und einem Elektromotor 2 aufweist. Der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 treiben dabei unterschiedliche Achsen des Hybridfahrzeuges an. Der Verbrennungsmotor 1 ist über ein erstes Getriebe 3 mit der Vorderachse 4 des Hybridfahrzeuges verbunden, an welcher zwei Antriebsräder 5, 6 angeordnet sind. Ein Motorsteuergerät 7 erzeugt die An- steuersignale für den Verbrennungsmotor 1 .
Der Elektromotor 2 treibt die Hinterachse 8 des Hybridfahrzeuges an, welche zwei weitere Antriebsräder 9 und 10 trägt. Der Elektromotor 2 bildet mit einer Klauenkupplung 1 1 und einem zweiten Getriebe 12 eine bauliche Einheit 13. Das Getriebe 12 führt an die Hinterachse 8 des Hybridfahrzeuges und ist mit dieser verbunden. Der Elektromotor 2, die Klauenkupplung 1 1 und das Getriebe 12 befinden sich in einer gemeinsamen Ölwanne.
Bei der Klauenkupplung 1 1 handelt es sich um eine spezielle Bauform einer Kupplung. Beide Kupplungselemente 1 1 a, 1 1 b der Klauenkupplung 1 1 weisen
Zähne auf, die vorgegebene Abstände voneinander aufweisen. Zum Schließen der Klauenkupplung 1 1 greifen die Zähne des einen Kupplungselementes 1 1 a in die Lücken des anderen Kupplungselementes 1 1 b, wodurch ein fester Eingriff entsteht und eine gute Kraftübertragung gewährleistet ist. Das Kupplungselement 1 1 a der Klauenkupplung 1 1 ist mit dem Elektromotor 2 verbunden, während das zweite Kupplungselement 1 1 b mit dem Getriebe 12 verknüpft ist.
Der Elektromotor 2 ist weiterhin mit einer Leistungsendstufe 14 in Form eines Pulswechselrichters verbunden, die den Strom für den Betrieb des Elektromotors 2 erzeugt. Dazu ist die Leistungsendstufe 14 mit einer Hochvoltbatterie 15 verbunden, die eine elektrische Spannung von annähernd 230V zum Betrieb des Elektromotors 2 bereitstellt. Der Elektromotor 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet. Die Leistungsendstufe 14 enthält gleichzeitig ein nicht weiter dargestelltes Steuergerät, wel- ches die Taktsignale für die Halbleiterschalter der Leistungsendstufe 14 erzeugt, mit welchen diese angesteuert werden und wodurch der Elektromotor 2 in eine Drehbewegung versetzt wird.
In Hybridfahrzeugen treten häufig Fälle auf, wo das Fahrzeug allein durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben wird. Zwar erfolgt der Antrieb, wie beschrieben, an der Vorderachse 4 des Hybridfahrzeuges, trotzdem wird durch die Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges die Hinterachse 8 mit den Rädern 9, 10 beschleunigt. Da die Hinterachse 8 fest mit dem Getriebe 12 verbunden ist, welches im vorliegenden Fall nur eine fest eingestellte Übersetzungsstufe aufweist, dreht sich das Getriebe 12 entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit. Durch die Verbindung des Getriebes 12 mit dem zweiten Kupplungselement 1 1 b der Klauenkupplung 1 1 befindet sich auch dieses Kupplungselement 1 1 b in einer Drehbewegung. Bei erhöhtem Schlupf der Räder 5, 6 der Vorderachse 4 werden die Räder 9, 10 der zuschaltbaren Hinterachse 8 durch den Elektromotor 2 angetrieben. Das Verfahren zur Reduzierung der Synchronisierungszeit beim Einkuppeln der Klauenkupplung bei mittleren und hohen Drehzahlen des Hybridfahrzeuges soll anhand von Figur 2 näher erläutert werden. In Block 100 wird festgestellt, ob die Klauenkupplung 1 1 geöffnet ist. Ist dies der Fall, wird im Block 101 der Elektromotor 1 in einen Freilauf geschaltet. Dabei werden die Halbleiterschalter des Pulswechselrichters der Leistungsendstufe 14 des Elektromotors 2 in einen Sperrzustand versetzt, wodurch der Energiefluss von der Hochvoltbatterie 15 zu dem Elektromotor 2 unterbrochen wird, da der Pulswechselrichter keine Taktsig- nale mehr aussendet. Der Elektromotor ist somit nicht mehr in der Lage, ein elektrisches Drehmoment aufzubauen.
Im Block 102 wird geprüft, ob sich das Hybridfahrzeug in Bewegung befindet. Fährt das Hybridfahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit, ergeben sich hohe Raddrehzahlen, die auf das Getriebe 12 und das zweite Klauenkupplungselement 1 1 b übertragen werden und welche sich in dessen Folge ebenfalls drehen. Bei der hohen Fahrgeschwindigkeit wird durch die Bewegung des Getriebes 12 in dem Getriebeöl eine Reibung ausgelöst, welche auf den Elektromotor 2 übertragen wird und welcher infolge dieser Verluste des Getriebes 12 ebenfalls in ei- ne Drehbewegung gelangt.
Die Synchronisierungsdrehzahl des Elektromotors 2, welche für das Schließen der Klauenkupplung 1 1 notwendig ist, wird in Block 103 aus der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt.
Erfolgt im Block 104 ein Signal zum Einkuppeln der Klauenkupplung 1 1 , wird mittels eines nicht weiter dargestellten Drehzahlsensors die Drehzahl des Elektromotor 2 gemessen und der Unterschied zu der Synchronisierungsdrehzahl bestimmt, welche zum Schließen der Klauenkupplung 1 1 notwendig ist (Block 105). Diese Synchronisierungsdrehzahl unterscheidet sich dabei immer um eine vorgegebene Differenz von der Drehzahl der Hinterachse 8. Diese Differenz ist notwendig, damit die Klauenkupplung 1 1 vorschriftsmäßig Zahn in Lücke greift.
Im Block 106 wird der Elektromotor 2 aus dem Freilauf-Betriebszustand in den angetriebenen Betriebszustand geschaltet, indem die Halbleiterschalter des Pulswechselrichters der Leistungsendstufe 14 wieder in Durchlassrichtung ge- schaltet werden und der Pulswechselrichter der Leistungsendstufe 14 wieder Taktsignale zum Aufbau eines elektrischen Momentes durch den Elektromotor 2 liefert. Das von dem Elektromotor 2 in diesem Fall gelieferte elektrische Moment ist lediglich so groß, dass nur der Unterschied des Drehmomentes, in welchem sich der Elektromotor 2 schon durch das Schleppmoment des Getriebes 12 befindet, bis zur Synchronisierungsdrehzahl ausgeglichen werden muss, weshalb nur eine sehr geringe Synchronisierungszeit notwendig wird. Ist diese Synchronisierungsdrehzahl durch den aktiv geregelten Betrieb des Elektromotors 2 erzielt, wird im Block 107 die Klauenkupplung 1 1 geschlossen.
Die Drehzahl des Elektromotors 2 wird im Block 108 auf eine vorgegebene Drehzahl begrenzt, wobei die vorgegebene Drehzahl über der Synchronisierungsdrehzahl liegt. Die vorgegebene Drehzahl wird solange gehalten, bis die Drehzahl des zweiten Kupplungselementes 1 1 b und somit die Drehzahl der Hinterachse 8 wieder abfällt, wobei auch die Synchronisierungsdrehzahl sich verringert.
Während des beschriebenen Verfahrens wird die Temperatur des Elektromotors 2 überwacht. Da der Elektromotor 2 als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet ist, wird der Rotor durch den Aufbau eines ständig rotierenden Feldes erwärmt, was zu Übertemperaturen des Elektromotors 2 führen kann. Ist eine solche Übertemperatur erreicht, wird eine aktive Abregelung des Elektromotors 2 eingeleitet.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die beiden Kupplungsteile (1 1 a, 1 1 b) der Klauenkupplung (1 1 ) eine Kraft zwischen dem elektromotori- sehen Antrieb (2) und einer, Räder (9, 10) des Kraftfahrzeuges aufweisenden Achse (8) übertragen und vor dem Schließen der Klauenkupplung (1 1 ) auf eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwischen der Achse (8) und dem elektromotorischen Antrieb (2) eingestellt werden, wobei die vorgegebene Drehzahldifferenz aus einer Synchronisierungsdrehzahl des elektromotori- sehen Antriebes (2) und einer Drehzahl des Rades (9, 10) des Kraftfahrzeuges gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges bei geöffneter Klauenkupplung (1 1 ) der passive elektromotorische Antrieb (2), insbesondere aus dem Stillstand, auf eine Drehzahl beschleunigt wird, welche der Synchronisierungsdrehzahl nachläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (2) durch ein Schleppmoment eines Getriebes (12) beschleunigt wird, wobei das Getriebe (12) über die, die Räder (9, 10) des sich bewegenden Kraftfahrzeuges tragende Achse (8) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (2) in einem Freilauf- Betriebszustand betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen dem elektromotorischen Antrieb (2) und einer Energiequelle (15) des elektromotorischen Antriebes (2) unterbrochen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied (14) des elektromotorischen Antriebes (2) in einen Leerlauf versetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des elektromotorischen Antriebes (2) bis zu einem Drehzahlschwellwert beschleunigt wird, welcher oberhalb einer Kupplungsdrehzahl liegt, bei welcher die Klauenkupplung (1 1 ) geschlossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (2) nach dem Abschluss der passiven Antriebsphase einer aktiven Drehzahlregelung zugeführt wird.
8. Vorrichtung zum Betreiben einer Klauenkupplung in einem Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die beiden Kupplungsteile (1 1 a, 1 1 b) der Klauenkupplung (1 1 ) eine Kraft zwischen dem elektromotorischen Antrieb (2) und einer, Räder (9, 10) des Kraftfahrzeuges aufweisenden Achse (8) übertragen und vor dem Schließen der Klauenkupplung (1 1 ) auf eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwischen der Achse (8) und dem elektromotorischen Antrieb (2) eingestellt werden, wobei die vorgegebene Drehzahldifferenz aus einer Synchronisierungsdrehzahl des Rades (9, 10) des Kraftfahrzeuges und einer Drehzahl des elektromotorischen Antriebes (2) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12) vorhanden sind, welche während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges bei geöffneter Klauenkupplung (1 1 ) den passiven elektromotorische Antrieb (2), insbesondere aus dem Stillstand, auf eine Drehzahl beschleunigen, welche der Synchronisierungsdrehzahl nachläuft.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung (1 1 ) und ein Getriebe (12), welches mit der Achse (8) des Kraftfahrzeuges verbunden ist, eine bauliche Einheit (13) bilden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der elektromo- torische Antrieb (2) und/oder die Klauenkupplung (1 1 ) im Getriebeöl angeordnet ist.
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