WO2019115208A1 - Trennkupplungseinheit und kontrolllogik für e-drive anwendungen - Google Patents

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WO2019115208A1
WO2019115208A1 PCT/EP2018/082425 EP2018082425W WO2019115208A1 WO 2019115208 A1 WO2019115208 A1 WO 2019115208A1 EP 2018082425 W EP2018082425 W EP 2018082425W WO 2019115208 A1 WO2019115208 A1 WO 2019115208A1
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WO
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speed
shaft
coupling sleeve
engagement
coupling
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/082425
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Inventor
Gerhard Hofer
Simon Jantscher
Wolfgang Schweiger
Original Assignee
Magna powertrain gmbh & co kg
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    • F16D2500/1066—Hybrid
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a T racing clutch unit and a control logic for
  • Speed range (e.g. eParking) is becoming increasingly important.
  • the resulting speed level must be reduced in accordance with the required speed of the drive axle by a suitable, usually multi-stage, reduction gearbox.
  • a suitable, usually multi-stage, reduction gearbox can often only up to one
  • type-dependent limit speed range are operated and is at exceeding this permissible machine limit speed immediately and reliably from the rest
  • Driving situations can be a brake intervention (for example, ABS braking, ESP intervention) or a sudden change in the coefficient of friction between the tire and the road through
  • Control principles are used. There are on the one hand fully active, for example.
  • Electromagnetic coils regardless of the operating state of the vehicle controllable switching elements and on the other hand completely passive, eg. According to the principle of
  • FIG. 12 shows a side view of such a positive coupling.
  • the coupling 1 is used for and
  • Shutdown of a drive train for all-wheel drive vehicles and comprises a first shaft 2, a second shaft 3, which is arranged coaxially to the first shaft 2, a coupling sleeve 4 which is displaceable relative to the first shaft 2 and the second shaft 3 in the axial direction and a positive coupling or Uncoupling of the first shaft 2 and the second shaft 3 can cause, and a current-carrying coil 6, wherein a plurality of
  • Engagement bodies 9 rotatably connected to the first shaft 2 are connected.
  • the current-energizable coil 6 is arranged coaxially to the axial direction, by energizing the coil 6, the coupling sleeve 4 is displaceable in the axial direction, wherein by moving the coupling sleeve 4 in the axial direction, the engagement body 9 can be pressed over part of their height in receptacles 13, wherein the Receivers 13 rotatably connected to the second shaft 3 are connected.
  • the patent DE 40 27 209 C1 describes a centrifugally operated self-locking freewheel with radially displaceable balls as coupling elements which are passively actuated without external actuators via an axially displaceable switching element.
  • a displacement of the switching element is effected by a radial displacement of flyweight, which are held in a conically tapered outward cavity.
  • the object of the invention is to enable a reliable separation of the clutch when a limit speed is reached while keeping the simplest possible structure of the clutch and the clutch control.
  • the present invention describes a positive coupling arrangement with radially displaceable coupling elements which can be actuated via an axially displaceable switching element, and a control logic for the speed-controlled operation of the clutch, which is preferably used for connection and disconnection of an electric machine (electric motor) from the remaining drive train of a four-wheel drive application.
  • An opening of the clutch can, with appropriate design of the coupling components, depending on the absolute speed of one of the two shafts and / or carried out in dependence on the transmitted torque.
  • closing the clutch is only possible in a limited differential speed window.
  • a disconnect unit according to the invention for a motor vehicle comprises a first shaft, which has a receiving recess, a second, parallel to the first shaft and in particular coaxially aligned shaft, wherein the first and second shaft
  • Clutch sleeve having a receptacle and a shift ramp, which are arranged adjacent in the axial direction, a plurality of engagement elements, in particular a plurality of engagement balls or rollers, which are received by the second shaft and disposed on the engagement portion of the first and second shaft and between a Dome position and a freewheeling position are movable, wherein the engagement member is disposed in the coupling position on the receiving recess of the first shaft and on the Verschiebampe the coupling sleeve and in the freewheeling position in the receptacle of the coupling sleeve, and wherein the displacement of the coupling sleeve sleeve with respect to the axial direction inclined is.
  • Such couplings can, in particular in the form of so-called decoupling systems, for separating the electric machine as protection against impermissibly high speeds and / or inadmissibly high
  • the shift ramp of the coupling sleeve comprises different
  • Inclinations in particular stepless or graded inclinations. There may be two different inclinations or even more gradations to realize different activation speeds when engaging and disengaging. Thus, continuously changing inclination curves can be realized, which greatly expands the adjustment options with respect to the input and Auskuppelfitieree Schemee.
  • the inclination of the displacement of the coupling sleeve is adjacent to the receptacle larger than away for receiving. This ensures that the required speed for disengaging is greater than the speed for engaging.
  • Dome position is applied to the longitudinal axis of the coupling at an angle between 45 ° and 20 ° degrees, more preferably between 22 ° and 30 °.
  • the inclination or slopes are linear. These are in the
  • the receptacles in the first shaft preferably have inclined side surfaces at least in the circumferential direction. Due to the inclined side surfaces, in addition to the clutch disconnection upon reaching a predetermined speed, clutch disconnection is enabled upon reaching a predetermined torque.
  • the inclined side surfaces (as well as the centrifugal force by the rotational speed) press the engagement elements radially outward against the shift ramp and move the shift ramp in the opening direction. Thus, the engagement elements are lifted out of the receptacle of the first shaft and dissolved the connection of the first and second waves.
  • the cross-section of the receptacles in the first shaft is preferably provided with a radius, at least in the circumferential direction, and in particular has a circular or oval design.
  • Another aspect of the invention is a control method for a
  • Tear coupling unit in particular for a separating clutch unit which has been described above, and comprises the steps of setting a first
  • Speed limit range with a low limit speed and a higher limit speed, the setting of an energy-efficient or comfortable driving mode and disengaging the clutch depending on the set driving mode in the range of low or high speed limit. This will damage the (electric) drive or other components avoided.
  • the switching state with appropriate design of the coupling components, depending on the absolute speed of one of the two shafts, carried by the applied between the two waves to be coupled differential speed and / or in dependence on the transmitted torque.
  • the method may further include the step of establishing a second speed limit range having a lower limit speed and a higher limit speed, wherein a speed limit range for the engagement and a speed limit range for the decoupling operation are provided. Different speed limits allow better adjustment of engagement and disengagement operations.
  • the method may further comprise the step of stopping or starting the (electric) drive when the predetermined limit speed for the respective drive mode is reached. This can be saved on the one hand energy, since the drive is turned off when it should not be used or dragged along, but at the same time ensuring that it starts before the disconnect clutch closes again to avoid jerky connection to the drive train.
  • the method may further comprise the steps of measuring the actual limit speed at which the clutch disengages or disengages, determining a new one
  • Speed limit range for engaging and disengaging checking the new speed limit range for plausibility and using the new speed limit range
  • Figure 1 shows an enlargement of the engagement portion of the separating clutch in an engaged state
  • Figure 2 shows an enlargement of the engaging portion of the separating clutch in a disengaged state
  • Figure 3 shows qualitatively the relationship between torque and speed of an exemplary electric drive device
  • FIG. 4 shows the qualitative time profile of the rotational speed of an exemplary electric drive device during a switching process for energy-efficient disengaging
  • FIG. 5 shows the qualitative time profile of the rotational speed of an exemplary electric drive device during a switching operation for a comfort-oriented disengaging
  • FIG. 6 shows the qualitative time profile of the rotational speed of an exemplary electric drive device during a switching process for energy-efficient engagement
  • Figure 7 shows the qualitative time course of the speed of the electric
  • Figure 8 shows the qualitative time course of the speed of the electric
  • FIG. 9 shows two separate speed limits for the input
  • Figure 10 shows two separate speed limits for the input
  • FIG. 11 shows a flow chart of a control logic for optimizing the
  • FIG. 12 shows a separating coupling from the prior art.
  • the terms “axial”, “radial” and “circumferential” are used, they refer to the longitudinal axis of the separating clutch 1.
  • the basic structure of the preferred separating clutch 1 according to the invention corresponds to that of the coupling of the prior art, the is shown in FIG. Therefore, the same reference numerals have been used in the common features.
  • the drive device not shown in the figures is referred to below as an electric motor.
  • the form-locking separating clutch 1 has a first shaft 2 and a second shaft 3, each of which is provided with a driving device such as an electric motor (not shown in the figures).
  • a driving device such as an electric motor (not shown in the figures).
  • the first shaft 2 is connected to the electric motor and the second shaft 3 to the drive train.
  • the first shaft 2 is connected to the second shaft. 3 Coupled over a positive connection.
  • the first and second shafts overlap at an engagement portion.
  • the releasable connection of the two shafts is provided.
  • For a plurality of receptacles 13 is formed in the first shaft 2, in each of which an engagement element 14 is received.
  • the second shaft 3 also has receptacles 11 for the engagement elements 14.
  • the receptacles 11, 13 fix the engagement element 14 in the circumferential direction, so that when the first shaft is driven, the torque is transmitted to the second shaft 3.
  • the engagement member 14 is held by a coupling sleeve 4 in the receptacles 11, 13, so that it can not move out of the receptacles 11, 13 in the radial direction during normal operation of the separating clutch 1.
  • the second shaft is provided as the output shaft and lies in the radial direction around the first shaft.
  • the first shaft is used as the output shaft or the first shaft is arranged around the second shaft.
  • the waves are arranged in particular coaxially.
  • the receptacles 13 of the first shaft 2 are arranged circumferentially around the shaft 2 and formed as recesses.
  • the receptacles 13 may in principle also be provided with a flat bottom and straight walls. Preferably, however, they are at least in the circumferential direction, ie on the sides which transmit the force to the engagement element 14 during operation, with inclined sidewalls or floors with a round or oval
  • the receptacles 1 1 of the second shaft 3 are circumferentially arranged around the shaft 3 and over in the radial direction of the receptacles 13 as in the first shaft 2.
  • the receptacles 11 are formed as through holes or holes, which conform to the shape of the
  • the engagement elements 14 are preferably formed as a ball or as a roller / roller and are in normal operation of the separating clutch in the receptacles 11, 13 of the shafts 3, 2.
  • the engagement elements 14 are shown as balls.
  • the engagement element can also be designed as a lever mounted about a rotation axis
  • the coupling sleeve 4 is mounted on the outer circumference and includes the two shafts 2, 3 and is arranged at least around the engagement portion.
  • the coupling sleeve 4 is axially movable and has one or more receptacles 10 for the engagement elements 14.
  • the receptacle is presently designed as an end with a thinner wall thickness, or is provided in the receptacle 8, a larger inner radius, as in the adjacent axially adjacent support surface against which the engagement member 14, when the
  • Disconnect 1 both shafts 2, 3 connects.
  • the bearing surface is as one
  • Displacement lamp 7, 8 is formed and has the longitudinal axis of the separating clutch 1 on a slope. In particular, two or more different inclinations are provided on the shifting lamp 7, 8 to the engagement and disengagement of the
  • Disconnect 1 to realize at different speeds.
  • Engagement element 14 rests in the dome position, formed to the longitudinal axis of the coupling at an angle between 45 ° and 20 ° degrees, more preferably between 22 ° and 30 °.
  • the inclines are sloping towards the receptacle, i. the inner diameter of the
  • a biasing unit 5 For actuation in the closing direction, a biasing unit 5 is provided. Such a biasing unit 5 may be formed as an electromagnetic coil, but preferably the displacement unit 5 is formed purely mechanically, for example as a spring system that urges the coupling sleeve 4 in the engaged position.
  • the biasing unit 5 holds the coupling sleeve 4 at a distance x c, the engagement element is located on a radius R c .
  • a centrifugal force acts on the engagement element 14 and, depending on the configuration of the receptacle 13, a force resulting from the torque. This pushes the engagement member 14 to the outside and against the shift ramp 8. Since this
  • Shift lamp 8 has a shallower angle is the necessary force for
  • FIGS. 4 and 5 describe the decoupling process
  • FIGS. 6 and 7 describe the coupling process of the speed-controlled switching mechanism.
  • Fig. 3 shows an example of the speed-torque relationship of the electrical
  • the speed-controlled shutter mechanism reliably triggered and the clutch is open.
  • the upper limit speed n B is always higher than the lower limit speed n A and normally smaller than the max.
  • Engine speed n c is always smaller than the max.
  • the speed window D thus indicates the range for the response of the speed-controlled shutter mechanism.
  • FIGS. 4 to 8 the rotational speed of the electric motor is shown as a solid line and the rotational speed of the output shaft / of the drive train is shown as a dashed line.
  • FIG. 4 shows, by way of example, the qualitative progression over time of the rotational speeds of the electric motor and drive train during a switching process for an energy-efficient decoupling of the electric motor from the drive train.
  • the energy-efficient decoupling is more abrupt because the electric motor is brought to a predetermined decoupling speed as soon as the lower limit speed is reached.
  • FIG. 5 shows, by way of example, the qualitative time profile of the rotational speeds of the electric motor and of the drive train during a switching operation for a comfort-oriented drive
  • Uncoupling will decouple the engine at a later date to ensure that uncoupling is imperceptible to the driver.
  • the lower limit speed UM is reached. From here, the speed controlled switching mechanism can be triggered and at the EM, torque-free is carried along.
  • the upper limit speed n B 1 is reached, the speed-controlled shutter mechanism has triggered reliably due to its mechanical design and the separating clutch is open. From this point on, the electric motor is regulated to the minimum speed. This can be at zero, but can also be operated at a speed not equal to zero, provided that brings an energetic advantage for the entire system.
  • the difference to the energy-efficient decoupling lies in the fact that at the upper limit speed n Bi the separating clutch is already safely triggered and the electric motor is only downshifted when the driver can reliably hear nothing of the reduction in speed and also disengaging.
  • FIG. 6 shows, by way of example, the qualitative course over time of the rotational speeds of the electric motor and drive train during a switching operation for an energy-efficient engagement of the electric machine with the drive train.
  • the speed of the drive train-side shaft is reached from which the electric motor must be towed so that at a defined maximum delay of the drive train side shaft and a maximum achievable acceleration of the electric motor exactly at the upper limit speed n B2 of the speed-controlled switching mechanism synchronous
  • the electric motor is maintained at a speed which is smaller than the rotational speed of the drive train-side shaft.
  • the speed difference must be smaller than the speed window at which a positive clutch can engage.
  • the speed of the electric motor is pulled jerky synchronously.
  • the coupling can be accurately determined by a speed jump of the electric motor. From here, the electric motor can be used again for hybrid functions and provide torque.
  • Fig. 7 shows an example of the qualitative time course of the rotational speeds of the electric motor and the drive train during a switching operation for a comfort-oriented coupling of the electric motor with the drive train.
  • the rotational speed of the drive train-side shaft is reached from which the electric motor must be towed so that at a defined maximum delay of the drive train side shaft and a maximum acceleration of the EM exactly at the upper limit speed n B 2 of the speed window of the speed-controlled switching mechanism synchronism of Driveline and electric motor can be guaranteed.
  • the electric motor has reached the rotational speed of the drive-line-side shaft, its rotational speed is carried along until the lower limit rotational speed n Ai of the speed-controlled shifting mechanism is reached.
  • the lower limit speed n A 2 is reached and the speed-controlled
  • Fig. 9 shows the relevant for the coupling process E and decoupling D.
  • Limit speeds and the assigned speed ranges may coincide, overlap or lie entirely on other speed ranges. If the speed range for the coupling process E is lower than the speed range for the
  • Fig. 10 shows an example of the possibility of learning the system behavior.
  • 01 shows a first limitation of the speed windows "coupling" and “decoupling” and 02 a second adjustment.
  • the output speed, the speed of the wheels, the electric motor speed, the corresponding torques and the temperature can be used.
  • Fig. 11 shows a flowchart for the control logic for the stepwise teaching of the speed windows.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine passive Trennkupplungseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erste Welle (2), die eine Vielzahl von Aufnahmeaussparungen (13) aufweist, eine zweite zur ersten Welle parallele Welle (3), eine Kupplungsmuffe (4), die zumindest um den Eingriffsabschnitt axialverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kupplungsmuffe eine Aufnahme (10) und eine Verschieberampe (7, 8) aufweist, die in Axialrichtung benachbart angeordnet sind und eine Vielzahl von Eingriffselementen (14), die von der zweiten Welle (3) aufgenommen und an dem Eingriffsabschnitt der ersten und zweiten Welle (2, 3) angeordnet sind und die zwischen einer Kuppelposition und einer Freilaufposition bewegbar sind, wobei das Eingriffselement (14) in der Kuppelposition an der Aufnahmeaussparung (13) der ersten Welle (2) und an der Verschieberampe (7, 8) der Kupplungsmuffe (4) und in der Freilaufposition in der Aufnahme (10) der Kupplungsmuffe (4) angeordnet ist, wobei die Verschieberampe (7, 8) der Kupplungsmuffe (4) in Bezug auf die Axialrichtung geneigt ausgebildet ist.

Description

Trennkupplungseinheit und Kontrolllogik für E -Drive Anwendungen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine T rennkupplungseinheit und eine Kontrolllogik für
Steueranwendungen einer solchen Trennkupplungseinheit.
Stand der Technik
In modernen Antriebssträngen kommen, zusätzlich zum Verbrennungsmotor, immer häufiger elektrische T raktionsmaschinen (EM) zur Unterstützung bei Beschleunigungsvorgängen (Boosten) sowie zum Rückgewinnen (Rekuperieren) der Bewegungsenergie beim Verzögern des Fahrzeuges zum Einsatz. Auch das rein elektrische Fahren im unteren
Geschwindigkeitsbereich (z.B. eParking) gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Leistungsverzweigte Getriebe hingegen nutzen die EM zur Steuerung der
Drehmomentverteilung zwischen den Rädern einer Antriebsachse oder zur Steuerung der Drehmomentverteilung zwischen Primär- und Sekundärachse des Fahrzeuges.
Elektrische Maschinen für derartige Anwendungen sind zugunsten von Bauraum und Gewicht tendenziell kompakt gebaut. Um trotz kompakter Bauweise ausreichende
Fahrleistungen zu erzielen, kommen hochdrehende Maschinenkonzepte zur Anwendung.
Das dabei resultierende Drehzahlniveau muss entsprechend der an der Antriebsachse geforderten Drehzahl durch ein geeignetes, meist mehrstufiges, Reduktionsgetriebe untersetzt werden. Somit kann die elektrische Maschine häufig nur bis zu einem
bauartbedingten Grenzdrehzahlbereich betrieben werden und ist bei Überschreitung dieser zulässigen Maschinen-Grenzdrehzahl unverzüglich und zuverlässig vom restlichen
Antriebsstrang zu entkoppeln.
Die mechanische Untersetzung wiederum verursacht auf Achsniveau ein hohes wirksames Massenträgheitsmoment von EM und Reduktionsgetriebe. In hochdynamischen
Fahrsituationen kann ein Bremseneingriff (z.B. ABS-Bremsung, ESP-Eingriff) oder eine sprunghafte Änderung des Reibwertes zwischen Reifen und Straße durch das auf
Achsniveau hohe wirkende Massenträgheitsmoment von EM und Reduktionsgetriebe Komponenten im Antriebsstrang schädigen oder zerstören.
Konventionelle, elektro-mechanisch oder elektro-hydraulisch angesteuerte Trennkupplungen können die in solchen kritischen Betriebszuständen (hohe Drehzahlgradienten, hohe Drehmomentgradienten) geforderte Schaltdynamik zufolge der begrenzten Aktuatorleistung im Allgemeinen nicht gewährleisten bzw. sie sind für viele elektrifizierte
Getriebeanwendungen aufgrund von Package- und Kostenvorgaben nicht umsetzbar.
Zur Steuerung form- oder reibschlüssiger Schaltelemente kommen unterschiedliche
Steuerungsprinzipien zum Einsatz. Es sind einerseits vollaktive, bspw. über
Elektromagnetspulen, unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeuges ansteuerbare Schaltelemente und andererseits vollständig passive, bspw. nach dem Prinzip der
Fliehkraftwirkung oder der reibschlüssigen Drehmomentbegrenzung wirkende,
Schaltelemente bekannt.
Die Offenlegungsschrift DE 102014 209 808 A1 beschreibt eine formschlüssige Kupplung mit radial verlagerbaren Kugeln als Koppelelemente, welche vollaktiv durch Bestromen oder stromlos schalten einer Elektromagnetspule über ein elektrisches Steuersignal betätigbar ist. Nachteilig dabei ist der hohe Aufwand für die Integration von Elektromagnetspule,
Kabelstrang und Steuergerät. Weiters ist die erreichbare Schaltdynamik von Steuergeräte- Kommunikationszeiten (Bus sample time) und der elektromagnetischen Zeitkonstante des Aktuators abhängig, was bei hohen Drehzahl- und/ oder Drehmomentgradienten bereits unzulässig hohe Schaltzeiten mit sich bringen kann. In Figur 12 ist eine Seitenansicht einer solchen formschlüssigen Kupplung dargestellt. Die Kupplung 1 dient zur Zu- und
Abschaltung eines Antriebsstrangs für Allradfahrzeuge und umfasst eine erste Welle 2, eine zweite Welle 3, die koaxial zur ersten Welle 2 angeordnet ist, eine Kupplungsmuffe 4, welche relativ zur ersten Welle 2 und zur zweiten Welle 3 in Achsrichtung verschiebbar ist und ein formschlüssiges Kuppeln oder Entkuppeln der ersten Welle 2 und der zweiten Welle 3 bewirken kann, und eine strombeaufschlagbare Spule 6, wobei eine Vielzahl von
Eingriffskörpern 9 drehfest mit der ersten Welle 2 verbunden sind. Die strombeaufschlagbare Spule 6 ist koaxial zur Achsrichtung angeordnet, wobei durch Strombeaufschlagung der Spule 6 die Kupplungsmuffe 4 in Achsrichtung verschiebbar ist, wobei durch Verschieben der Kupplungsmuffe 4 in Achsrichtung, die Eingriffskörper 9 über einen Teil ihrer Höhe in Aufnahmen 13 gedrückt werden können, wobei die Aufnahmen 13 drehfest mit der zweiten Welle 3 verbunden sind.
Die Patentschrift DE 40 27 209 C1 beschreibt einen fliehkraftbetätigten selbstverriegelnden Freilauf mit radial verlagerbaren Kugeln als Koppelelemente welche passiv ohne externe Aktuatorik über ein axial verschiebbares Schaltelement betätigbar sind. Eine Verschiebung des Schaltelementes erfolgt durch eine radiale Verlagerung von Fliehmassen, welche in einem sich nach außen konisch verjüngenden Hohlraum, gehalten sind. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es eine zuverlässige Trennung der Kupplung zu ermöglichen, wenn eine Grenzdrehzahl erreicht wird und dabei einen möglichst einfachen Aufbau der Kupplung und der Kupplungssteuerung zu behalten.
Diese Aufgabe wird gelöst von einer Trennkupplungseinheit nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 7. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine formschlüssige Kupplungsanordnung mit radial verlagerbaren Koppelelementen welche über ein axial verschiebbares Schaltelement betätigbar sind, sowie eine Kontrolllogik zum drehzahlgesteuerten Betrieb der Kupplung, welche vorzugsweise zur Zu- und Abschaltung einer elektrischen Maschine (Elektromotor) vom restlichen Antriebsstrang eines Allradfahrzeuges Anwendung findet. Ein Öffnen der Kupplung kann, bei entsprechender Auslegung der Kupplungskomponenten, in Abhängigkeit von der absoluten Drehzahl einer der beiden Wellen und/oder in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment erfolgen. Ein Schließen der Kupplung ist darüber hinaus nur in einem eingeschränkten Differenzdrehzahlfenster möglich.
Eine erfindungsgemäße Trennkupplungseinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erste Welle, die eine Aufnahmeaussparung aufweist, eine zweite, zur ersten Welle parallel und insbesondere koaxial ausgerichtete Welle, wobei sich die erste und zweite Welle
vorzugsweise an einem Eingriffsabschnitt in Axialrichtung überlappen, eine Kupplungsmuffe, die zumindest um den Eingriffsabschnitt axialverschiebbar angeordnet ist, wobei die
Kupplungsmuffe eine Aufnahme und eine Verschieberampe aufweist, die in Axialrichtung benachbart angeordnet sind, eine Vielzahl von Eingriffselementen, insbesondere eine Vielzahl von Eingriffskugeln oder- Walzen, die von der zweiten Welle aufgenommen und an dem Eingriffsabschnitt der ersten und zweiten Welle angeordnet sind und die zwischen einer Kuppelposition und einer Freilaufposition bewegbar sind, wobei das Eingriffselement in der Kuppelposition an der Aufnahmeaussparung der ersten Welle und an der Verschieberampe der Kupplungsmuffe und in der Freilaufposition in der Aufnahme der Kupplungsmuffe angeordnet ist, und wobei die Verschieberampe der Kupplungsmuffe in Bezug auf die Axialrichtung geneigt ausgebildet ist. Durch die geneigte Ausbildung der Verschieberampe ist es möglich, dass die Kupplungsmuffe durch die Fliehkraft, die auf das Eingriffselement wirkt, verschoben wird und so das Eingriffselement in die Freigabeposition bewegt wird. Ferner ist es möglich die Kupplungsmuffe ohne jegliche aktive Steuerung (wie z.B.
elektomagnetisch, elektromechanisch, elektrohydraulisch) auszubilden, was den Bauraum für die Kupplung reduziert und die Kosten senkt. Derartige Kupplungen können, insbesondere in Form sogenannter Decoupling-Systeme, zum Trennen der elektrischen Maschine als Schutz vor unzulässig hohen Drehzahlen und/oder unzulässig hohen
Drehmomenten eingesetzt werden.
Vorzugsweise umfasst die Verschieberampe der Kupplungsmuffe unterschiedliche
Neigungen, insbesondere stufenlose oder abgestufte Neigungen. Es können zwei unterschiedliche Neigungen oder auch noch mehr Abstufungen vorgesehen sein, um unterschiedliche Aktivierungsdrehzahlen beim Ein- und Auskuppeln zu realisieren. So können auch sich kontinuierlich ändernde Neigungsverläufe realisiert werden, was die Einstellmöglichkeiten bezüglich der Ein- und Auskuppeldrehzahlebereiche stark erweitert.
Vorzugsweise ist die Neigung der Verschieberampe der Kupplungsmuffe benachbart zur Aufnahme größer, als entfernt zur Aufnahme. Dadurch wird sichergestellt, dass die benötigte Drehzahl zum Auskuppeln größer ist, als die Drehzahl zum Einkuppeln. Insbesondere ist die Neigung der Verschieberampe in dem Bereich, an dem das Eingriffselement in der
Kuppelposition anliegt, zur Längsachse der Kupplung in einem Winkel zwischen 45° und 20° Grad ausgebildet, weiter vorzugsweise zwischen 22° und 30°.
Vorzugsweise verlaufen die Neigung oder die Neigungen linear. Diese sind in der
Herstellung einfach zu realisieren und reichen für die angeforderte passive Trennung der Kupplung aus.
Bevorzugt weisen die Aufnahmen in der ersten Welle zumindest in Umfangsrichtung geneigte Seitenflächen aufweist. Durch die geneigten Seitenflächen wird zusätzlich zur Kupplungstrennung bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl eine Kupplungstrennung bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments ermöglicht. Die geneigten Seitenflächen drücken (ebenso wie die Fliehkraft durch die Drehzahl) die Eingriffselemente radial nach außen gegen die Verschieberampe und bewegen die Verschieberampe in Öffnungsrichtung. So werden die Eingriffselemente aus der Aufnahme der ersten Welle herausgehoben und die Verbindung der ersten und zweiten Wellen gelöst. Der Querschnitt der Aufnahmen in der ersten Welle ist bevorzugt zumindest in Umfangsrichtung mit einem Radius versehen und insbesondere kreisförmig oder oval ausgebildet.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Steuerungsverfahren für eine
T rennkupplungseinheit, insbesondere für eine Trennkupplungseinheit die vorhergehend beschrieben wurde, und umfasst die Schritte des Festlegens eines ersten
Drehzahlgrenzbereichs mit einer niedrigen Grenzdrehzahl und einer höheren Grenzdrehzahl, des Festlegens eines energieeffizienten oder komfortablen Fahrmodus und des Auskuppelns der Trennkupplung je nach festgelegtem Fahrmodus im Bereich der niedrigen oder der höheren Grenzdrehzahl. Dadurch wird eine Beschädigung des (Elektro)Antriebs oder anderer Komponenten vermieden. Der Schaltzustand kann, bei entsprechender Auslegung der Kupplungskomponenten, in Abhängigkeit von der absoluten Drehzahl einer der beiden Wellen, von der zwischen beiden zu koppelnden Wellen anliegenden Differenzdrehzahl und/oder in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment erfolgen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Festlegens eines zweiten Drehzahlgrenzbereichs mit einer niedrigen Grenzdrehzahl und einer höheren Grenzdrehzahl umfassen, wobei ein Drehzahlgrenzbereich für den Einkuppelvorgang und ein Drehzahlgrenzbereich für den Auskuppelvorgang vorgesehen sind. Unterschiedliche Drehzahlgrenzbereiche ermöglichen eine bessere Einstellung der Ein- und Auskuppelvorgänge.
Vorzugsweise kann das Verfahren ferner den Schritt des Abschaltens oder Anfahrens des (Elektro)Antriebs umfassen wenn die vorbestimmte Grenzdrehzahl für den jeweiligen Fahrmodus erreicht ist. Dadurch kann zum einen Energie gespart werden, da der Antrieb abgeschaltet wird wenn er nicht gebraucht oder mitgeschleppt werden müsste, gleichzeitig aber sichergestellt, dass er anläuft bevor die Trennkupplung wieder schließt um ein ruckartiges Anschließen an den Antriebsstrang zu vermeiden.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Messens der konkreten Grenzdrehzahl bei der die Kupplung Auskuppelt oder Einkuppelt, des Ermittelns eines neuen
Drehzahlgrenzbereichs für den Einkuppel- und Auskuppelvorgang, des Prüfens des neuen Drehzahlgrenzbereichs auf Plausibilität und des Verwendens des neuen
Drehzahlgrenzbereichs umfassen. Diese Verfahrensschritte dienen der Optimierung des Steuerverfahrens.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine Vergrößerung des Eingriffsabschnitts der Trennkupplung in einem eingekuppelten Zustand;
Figur 2 zeigt eine Vergrößerung des Eingriffsabschnitts der Trennkupplung in einem ausgekuppelten Zustand;
Figur 3 zeigt qualitativ den Zusammenhang von Drehmoment und Drehzahl einer beispielhaften elektrischen Antriebsvorrichtung darstellt;
Figur 4 zeigt den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer beispielhaften elektrischen Antriebsvorrichtung während eines Schaltvorgangs für ein energieeffizientes Auskuppeln; Figur 5 zeigt den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer beispielhaften elektrischen Antriebsvorrichtung während eines Schaltvorgangs für ein komfortorientiertes Auskuppeln;
Figur 6 zeigt den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer beispielhaften elektrischen Antriebsvorrichtung während eines Schaltvorgangs für ein energieeffizientes Einkuppeln;
Figur 7 zeigt den qualitativen Zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen
Antriebsvorrichtung während eines Schaltvorgangs für ein komfortorientiertes Einkuppeln;
Figur 8 zeigt den qualitativen Zeitlichen Verlauf der Drehzahl der elektrischen
Antriebsvorrichtung während eines Abbruchs des Kuppelvorgangs;
Figur 9 zeigt zwei separate Drehzahlgrenzbereiche für den Ein- und
Auskuppelvorgang;
Figur 10 zeigt zwei separate Drehzahlgrenzbereiche für den Ein- und
Auskuppelvorgang nach Optimierungsschleifen;
Figur 11 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerlogik für die Optimierung der
Drehzahlgrenzbereiche; und
Figur 12 zeigt eine Trennkupplung aus dem Stand der Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wenn im Folgenden die Begriffe„axial“,„radial“ und "umfänglich" verwendet werden, beziehen sich diese auf die Längsachse der Trennkupplung 1. Der grundsätzliche Aufbau der bevorzugten Trennkupplung 1 gemäß der Erfindung entspricht dem der Kupplung aus dem Stand der Technik, der in Figur 12 dargestellt ist. Deswegen wurden bei den gemeinsamen Merkmalen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ferner wird die in den Figuren nicht dargestellte Antriebsvorrichtung im Folgenden als Elektromotor bezeichnet.
In den Figuren 1 und 2 ist der Eingriffsabschnitt der Trennkupplung dargestellt. In Figur 1 ist die Trennkupplung in einem eingekuppelten Zustand dargestellt, in Figur 2 ist die
Trennkupplung 1 ausgekuppelt. Die formschlüssige Trennkupplung 1 weist eine erste Welle 2 und eine zweite Welle 3 auf, die jeweils mit einer Antriebsvorrichtung wie beispielsweise einem elektrischen Motor (nicht in den Figuren dargestellt) versehen ist. Im Folgenden wird davon Ausgegangen, dass die erste Welle 2 mit dem elektrischen Motor verbunden ist und die zweite Welle 3 mit dem Antriebsstrang. Die erste Welle 2 wird mit der zweiten Welle 3 über eine formschlüssige Verbindung verkuppelt. In der bevorzugten Verbindung überlappen die erste und zweite Welle sich an einem Eingriffsabschnitt. An diesem Eingriffsabschnitt ist die lösbare Verbindung der beiden Wellen vorgesehen. Dafür ist in der ersten Welle 2 eine Vielzahl von Aufnahmen 13 ausgebildet, in der jeweils ein Eingriffselement 14 aufgenommen ist. Die zweite Welle 3 weist ebenso Aufnahmen 11 für die Eingriffselemente 14 auf. Die Aufnahmen 11 , 13 legen das Eingriffselement 14 in Umfangsrichtung fest, so dass wenn die erste Welle angetrieben wird, sich das Drehmoment auf die zweite Welle 3 überträgt. Das Eingriffselement 14 wird von einer Kupplungsmuffe 4 in den Aufnahmen 11 , 13 gehalten, so dass es sich bei Normalbetrieb der Trennkupplung 1 nicht aus den Aufnahmen 11 , 13 in radialer Richtung heraus bewegen kann. Vorliegend ist die zweite Welle als Abtriebswelle vorgesehen und liegt in radialer Richtung um die erste Welle herum. Es kann aber auch sein, dass die erste Welle als Abtriebswelle verwendet wird oder die erste Welle um die zweite Welle herum angeordnet ist. Die Wellen sind insbesondere koaxial angeordnet.
Die Aufnahmen 13 der ersten Welle 2 sind umfänglich um die Welle 2 angeordnet und als Aussparungen ausgebildet. Die Aufnahmen 13 können grundsätzlich auch mit einem flachen Boden und geraden Wänden versehen sein. Vorzugsweise sind sie jedoch zumindest in Umfangsrichtung, also an den Seiten die im Betrieb die Kraft auf das Eingriffselement 14 übertragen, mit geneigten Seitenwänden Böden oder mit einem runden oder ovalen
Querschnitt ausgebildet. Wenn schräg oder mit Radien geformte Seitenwände der Aufnahme 13 der ersten Welle 2 dann im Betrieb gegen das Eingriffselement 14 drücken, wird dieses in radialer Richtung angehoben (in Figur 9 nach oben gedrückt). So kann das Drehmoment zusätzlich zur Fliehkraft durch die Drehzahl das Eingriffselement 14 nach außen drücken und als Steuergröße verwendet werden.
Die Aufnahmen 1 1 der zweiten Welle 3 sind wie bei der ersten Welle 2 umfänglich um die Welle 3 und über in radialer Richtung an den Aufnahmen 13 angeordnet. Die Aufnahmen 11 sind als Durchgangslöcher oder -bohrungen ausgebildet, die an die Form der
Eingriffselemente 14 angepasst ist.
Die Eingriffselemente 14 sind vorzugsweise als Kugel oder als Rolle/Walze ausgebildet und liegen im Normalbetrieb der Trennkupplung in den Aufnahmen 11 , 13 der Wellen 3, 2. In den Figuren sind die Eingriffselemente 14 als Kugeln dargestellt. Darüber hinaus können die Eingriffselement auch als um eine Drehachse gelagerte Hebel ausgeführt sein
(fliehkraftbetätigte Hebel).
Die Kupplungsmuffe 4 ist am Außenumfang angebracht und schließt die beiden Wellen 2, 3 ein und ist zumindest um den Eingriffsabschnitt herum angeordnet. Die Kupplungsmuffe 4 ist axial bewegbar und weist eine oder mehrere Aufnahmen 10 für die Eingriffselemente 14 auf. Die Aufnahme ist vorliegend als Ende mit einer dünneren Wandstärke ausgebildet, bzw. ist bei der Aufnahme 8 ein größerer Innenradius vorgesehen, als bei der in Axialrichtung benachbarten Auflagefläche, an der das Eingriffselement 14 anliegt, wenn die
Trennkupplung 1 beide Wellen 2, 3 verbindet. Die Auflagefläche ist als eine
Verschieberampe 7, 8 ausgebildet und weist zur Längsachse der Trennkupplung 1 eine Neigung auf. Insbesondere sind zwei oder mehrere unterschiedliche Neigungen an der Verschieberampe 7, 8 vorgesehen, um das Einkuppeln und das Auskuppeln der
Trennkupplung 1 bei unterschiedlichen Drehzahlen realisieren zu können. Vorzugsweise ist die Neigung zur Längssachse der Trennkupplung 1 der Verschieberampe 7, 8 der
Kupplungsmuffe 4 benachbart zur Aufnahme 8 größer, als entfernt zur Aufnahme 8.
Insbesondere ist die Neigung der Verschieberampe in dem Bereich, an dem das
Eingriffselement 14 in der Kuppelposition anliegt, zur Längsachse der Kupplung in einem Winkel zwischen 45° und 20° Grad ausgebildet, weiter vorzugsweise zwischen 22° und 30°. Die Neigung sind zur Aufnahme hin abfallend, d.h. der Innendurchmesser der
entsprechenden Bohrung der Kupplungsmuffe wird zur Aufnahme hin größer.
Zur Betätigung in Schließrichtung ist eine Vorspanneinheit 5 vorgesehen. Eine solche Vorspanneinheit 5 kann als elektromagnetische Spule ausgebildet sein, vorzugsweise ist die Verschiebeeinheit 5 jedoch rein mechanisch ausgebildet, beispielsweise als Federsystem, dass die Kupplungsmuffe 4 in die eingekuppelte Stellung drängt.
In der eingekoppelten Stellung hält die Vorspanneinheit 5 die Kupplungsmuffe 4 in einer Entfernung xc, das Eingriffselement befindet sich auf einem Radius Rc. Wenn die Drehzahl größer wird, wirkt auf das Eingriffselement 14 eine Fliehkraft und je nach Ausgestaltung der Aufnahme 13 auch eine aus dem Drehmoment resultierende Kraft. Diese drückt das Eingriffselement 14 nach außen und gegen die Verschieberampe 8. Da diese
Verschieberampe 8 einen flacheren Winkel aufweist, ist die notwendige Kraft zum
Verschieben der Kupplungsmuffe 4 relativ groß. Wenn die erste Steigung überwunden ist, wird jedoch die auf das Eingriffselement 14 wirkende Fliehkraft größer (eine Umlaufbahn mit größerem Radius) und sobald die zweite Neigung 7 der Verschieberampe erreicht wird, wird das Eingriffselement in die Aufnahme 10 der Kupplungsmuffe bewegt. Die Vorspanneinheit 5 ist zusammengedrückt und die Kupplungsmuffe in einer Entfernung Xd angeordnet und das Eingriffselement 14 an einem Radius Rd. Der geöffnete Zustand kann durch das Erreichen der Schaltdrehzahl erfolgen aber auch durch überschreiten des maximal übertragbaren Drehmomentes. In beiden Fällen wirkt die Kugel auf den Steuerkonus und verschiebt dadurch das Schaltelement. Die Kugel wird durch Drehzahl und/oder durch Drehmoment radial nach außen gedrückt. Beim Einkuppeln nähert sich die Abtriebsdrehzahl wieder an den Einkuppelgrenzdrehzahlbereich an. Dadurch verringert sich die Fliehkraft und die Vorspanneinheit 5 verschiebt die Kupplungsmuffe wieder in den Einkoppelzustand (siehe Figur 1 ).
Die erfindungsgemäße Steuerlogik der Elektromotor-Ansteuerung wird anhand der Figuren 1 bis 8 beschrieben. Fig. 4 und Fig. 5 beschreiben den Entkoppelvorgang und Fig. 6 und Fig. 7 bei beschreiben den Einkoppelvorgang des drehzahlgesteuerten Schaltmechanismus.
Fig. 3 zeigt beispielhaft den Drehzahl-Drehmoment Zusammenhang der elektrischen
Maschine (des Elektromotors) im motorischen Betrieb mit den Grenzdrehzahlen nA und nB sowie der maximalen aktiven Drehzahl nc des Elektromotors. Bei Erreichen der unteren Grenzdrehzahl nA kann der drehzahlgesteuerte Schaltmechanismus auslösen und die Trennkupplung öffnen. Bei Erreichen der oberen Grenzdrehzahl nB hat der
drehzahlgesteuerte Schalmechanismus zuverlässig ausgelöst und die Trennkupplung ist geöffnet. Die obere Grenzdrehzahl nB ist stets höher als die untere Grenzdrehzahl nA und im Normalfall kleiner als die max. Maschinendrehzahl nc. Das Drehzahlfenster D kennzeichnet somit den Bereich für das Ansprechen des drehzahlgesteuerten Schalmechanismus.
In den Figuren 4 bis 8 ist die Drehzahl des Elektromotors als durchgezogene Linie gezeichnet und die Drehzahl der Abtriebswelle/des Anstriebsstrangs als gestrichelte Line.
Fig. 4 zeigt beispielhaft den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahlen von Elektromotor und Antriebsstrang während einem Schaltvorgang für ein energieeffizientes Entkoppeln des Elektromotors vom Antriebsstrang. Das energieeffiziente Entkoppeln ist abrupter, da der Elektromotor auf eine vorbestimmte Abkoppeldrehzahl gebracht wird, sobald die untere Grenzdrehzahl erreicht ist. In Fig. 4 wird die untere Grenzdrehzahl nM zum Zeitpunkt t=t1 erreicht. Ab hier kann der drehzahlgesteuerte Schaltmechanismus auslösen und an den Elektromotor würde ein negatives Drehmoment gestellt. Zum Zeitpunkt t=t2 öffnet der drehzahlgesteuerte Schaltmechanismus, obwohl die obere Grenzdrehzahl nm noch nicht erreicht wurde. Aufgrund des Drehmomentabfalles im Elektromotor und/oder weiteren Parametern wie beispielsweise die Relativdrehzal zwischen erster und zweiter Welle kann festgestellt werden, dass die Kupplung 1 nun gehöffnet wurde. Ab diesem Zeitpunkt wird der Elektromotor auf Drehzahl Null oder einer anderen vorbestimmten Minimaldrehzahl geregelt, sofern dies für das Gesamtsystem einen energetischen Vorteil bringt. Das Zeitfenster für den Trennvorgang ist mit T=t2-t1 gekennzeichnet. Kurz zusammengefasst treibt der
Elektromotor beim energieeffizienten Abkuppeln über die geschlossene Trennkupplung die Abtriebswelle (bspw. die zweite Welle 3) an und bei Erreichen der unteren Grenzdrehzahl PAI wird der Motor nicht mehr angetrieben sondern aktiv oder passiv (über das Schleppmoment) gebremst. Solange die passive Trennkupplung 1 noch nicht ausgekuppelt hat wird der Elektromotor von der Abtriebswelle mitgeschleppt. Sobald das Eingriffselement 9 aus der Aufnahme 13 der Antriebswelle (hier die erste Welle 2) durch die Fliehkraft zufolge der Drehzahl oder dem Druck zufolge des Drehmoments herausbewegt wird, wird die
Minimaldrehzahl am Elektromotor angewendet.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahlen des Elektromotors und des Antriebsstrangs während eines Schaltvorgangs für ein komfortorientiertes
Entkuppeln der elektrischen Maschine vom Antriebsstrang. Beim komfortorientierten
Entkuppeln wird der Motor zu einem späteren Zeitpunkt abgekoppelt, damit sichergestellt ist, dass das Abkuppeln vom Fahrer nicht wahrnehmbar ist. Zum Zeitpunkt t=t1 wird die untere Grenzdrehzahl UM erreicht. Ab hier kann der d rehzahl gesteuerte Schaltmechanismus auslösen und an der EM wird drehmomentfrei mitgeführt. Zum Zeitpunkt t=t2 wird die obere Grenzdrehzahl nB 1 erreicht, der drehzahlgesteuerte Schalmechanismus hat aufgrund seiner mechanischen Auslegung zuverlässig ausgelöst und die Trennkupplung ist geöffnet. Ab diesem Zeitpunkt wird der Elektromotor auf die Minimaldrehzahl geregelt. Diese kann bei null liegen, kann aber auch mit einer Drehzahl ungleich Null betrieben werden, sofern dies für das Gesamtsystem einen energetischen Vorteil bringt. Das Zeitfenster für den Trennvorgang ist mit T=t 2— 11 gekennzeichnet. Der Unterschied zum energieeffizienten Entkoppeln liegt darin, dass bei der oberen Grenzdrehzahl nBi die Trennkupplung schon sicher ausgelöst ist und der Elektromotor erst heruntergeschaltet wird, wenn der Fahrer vom Herabsetzen der Drehzahl und auch vom Auskuppeln zuverlässig nichts mitbekommen kann.
Fig. 6 zeigt beispielhaft den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahlen von Elektromotor und Antriebsstrang während einem Schaltvorgang für ein energieeffizientes Einkuppeln der elektrischen Maschine mit dem Antriebsstrang. Zum Zeitpunkt t=t 1 wird die Drehzahl der antriebstrangseitigen Welle erreicht ab welcher der Elektromotor hochgeschleppt werden muss, damit bei einer definierten maximalen Verzögerung der antriebstrangseitigen Welle und einer maximal erreichbaren Beschleunigung des Elektromotors exakt bei der oberen Grenzdrehzahl nB2 des drehzahlgesteuerten Schaltmechanismus Synchronlauf von
Triebstrang und Elektromotor gewährleistet werden kann. Der Elektromotor wird auf einer Drehzahl gehalten die kleiner ist als die Drehzahl der antriebstrangseitigen Welle. Die Drehzahldifferenz muss kleiner sein als das Drehzahlfenster bei der eine formschlüssige Kupplung einkuppeln kann. Zum Zeitpunkt t=t3 hat der drehzahlgesteuerte
Schaltmechanismus wieder verbunden, die Drehzahl des Elektromotors wird ruckartig synchron gezogen. Das Koppeln kann durch einen Drehzahlsprung des Elektromotors exakt bestimmt werden. Ab hier kann der Elektromotor wieder für Hybridfunktionen verwendet werden und ein Drehmoment stellen. Das Zeitfenster für den Koppelvorgang ist mit T=t3-£1 gekennzeichnet. Das bedeutet, die Drehzahl der Abtriebswelle nähert sich der oberen Grenzdrehzahl nB2 des Einkuppeldrehzahlgrenzbereichs und der Elektromotor wird auf eine Einkuppeldrehzahl gebracht. Das Einkuppeln kann dann zu einem Zeitpunkt im Grenzdrehzahlbereich geschehen, bei dem Elektromotor und Abtriebswelle/Antriebsstrang noch nicht vollständig synchronisiert sind.
Fig. 7 zeigt beispielhaft den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahlen von Elektromotor und Antriebsstrang während einem Schaltvorgang für ein komfortorientiertes Koppeln des Elektromotors mit dem Antriebsstrang. Zum Zeitpunkt t=t1 wird die Drehzahl der antriebstrangseitigen Welle erreicht ab welcher der Elektromotor hochgeschleppt werden muss, damit bei einer definierten maximalen Verzögerung der antriebstrangseitigen Welle und einer maximalen Beschleunigung der EM exakt bei der oberen Grenzdrehzahl nB 2 des Drehzahlfensters des drehzahlgesteuerte Schaltmechanismus Synchronität von Triebstrang und Elektromotor gewährleistet werden kann. Nachdem der Elektromotor die Drehzahl der antriebstrangseitigen Welle erreicht hat, wird deren Drehzahl mitgeführt, bis die untere Grenzdrehzahl nAi des drehzahlgesteuerte Schaltmechanismus erreicht wird. Zum Zeitpunkt t=t3 wird die untere Grenzdrehzahl nA 2 erreicht und der drehzahlgesteuerte
Schaltmechanismus hat wieder sicher verbunden. Ab hier kann der Elektromotor wieder für Hybridfunktionen verwendet werden und ein Drehmoment stellen. Das Zeitfenster für den Koppelvorgang ist mit T=t3-t1 gekennzeichnet. Ein zuverlässiges Einkuppeln erfolgt an der unteren Grenzdrehzahl nA2, weswegen der Elektromotor und die Abtriebswelle beim komfortorientierten Einkuppeln einen größeren Zeitraum haben bei dem der Elektromotor mitgeführt werden muss und nicht für Hybridfunktionen zur Verfügung steht.
Fig. 8 zeigt beispielhaft den qualitativen zeitlichen Verlauf der Drehzahlen von Elektromotor und Antriebsstrang während einem "change of mind" Vorgang, also einem gewünschten Abbruch des Einkuppelvorganges. Zum Zeitpunkt t=t1 wird die Drehzahl der antriebstrangseitigen Welle erreicht und der Elektromotor bis auf seine Zieldrehzahl hochgeschleppt und auf diesem Drehzahlniveau mitgeführt. Zum Zeitpunkt t=t3 wird die obere Drehzahlgrenze der antriebstrangseitigen Welle
überschritten, wodurch der Elektromotor wieder auf die Minimaldrehzahl geregelt wird.
Fig. 9 zeigt die für den Koppelvorgang E und Entkoppelvorgang D relevanten
Grenzdrehzahlen und die zugeordneten Drehzahlbereiche. Die beiden Bereiche können sich decken, überschneiden oder gänzlich auf anderen Drehzahlbereichen liegen. Liegt der Drehzahlbereich für den Koppelvorgang E niedriger als der Drehzahlbereich für den
Entkoppelvorgang, so kann diese Hysterese genutzt werden um das Koppeln und
Entkoppeln effizienter zu gestalten. Dies ist vorliegend der Fall, wenn unterschiedliche Neigungen für die Verschieberampe 7, 8 ausgebildet sind. Fig. 10 zeigt beispielhaft die Möglichkeit des Anlernens des Systemverhaltens. Nach einer ausreichenden Anzahl von Koppel- und Entkoppelvorgängen kann eine Logik das
Drehzahlfenster eingrenzen um so einen effizienteren Betrieb des Systems zu erreichen. Das„Anlernen“ kann hier stufenweise erfolgen, sodass in den ersten Schritten
fertigungsbedingte Toleranzen berücksichtigt werden können. In späteren Schritten können auch alterungsbedingte Einflüsse des Systems berücksichtigt werden. 01 zeigt dabei eine erste Eingrenzung der Drehzahlfenster„Koppeln“ und„Entkoppeln“ und 02 eine zweite Anpassung. Als Optimierungsparameter können beispielsweise die Abtriebsdrehzahl, die Drehzahl der Räder, die Elektromotordrehzahl, die entsprechenden Drehmomente und auch die Temperatur verwendet werden.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Kontrolllogik für das stufenweise Anlernen der Drehzahlfenster.
Bezuaszeichen
Trennkupplung 1
erste Welle 2
zweite Welle 3
Kupplungsmuffe 4
Vorspanneinheit 5
strombeaufschlagbare Spule (Stand der Technik) 6 Verschieberampe 7, 8
Aufnahmen Kupplungsmuffe 10
Aufnahmen zweite Welle 11
Aufnahmen erste Welle 13
Eingriffselemente 14
untere Grenzdrehzahl PAI , PA2
obere Grenzdrehzahl PBI, PB2
Einkuppeldrehzahlgrenzbereich E
Auskuppeldrehzahlgrenzbereich D

Claims

Patentansprüche
1. T rennkupplungseinheit (1 ) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erste Welle (2), die eine Vielzahl von Aufnahmeaussparungen (13) aufweist; eine zweite zur ersten Welle parallele Welle (3), eine Kupplungsmuffe (4), die zumindest um den Eingriffsabschnitt axialverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kupplungsmuffe eine Aufnahme (10) und eine Verschieberampe (7, 8) aufweist, die in Axialrichtung benachbart angeordnet sind; eine Vielzahl von Eingriffselementen (14), die von der zweiten Welle (3) aufgenommen und an dem Eingriffsabschnitt der ersten und zweiten Welle (2, 3) angeordnet sind und die zwischen einer Kuppelposition und einer Freilaufposition bewegbar sind, wobei das Eingriffselement (14) in der Kuppelposition an der Aufnahmeaussparung (13) der ersten Welle (2) und an der Verschieberampe (7, 8) der Kupplungsmuffe (4) und in der
Freilaufposition in der Aufnahme (10) der Kupplungsmuffe (4) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Verschieberampe (7, 8) der Kupplungsmuffe (4) in Bezug auf die Axialrichtung geneigt ausgebildet ist.
2. T rennkupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 1 , bei der die Verschieberampe (7, 8) der Kupplungsmuffe unterschiedliche Formen und/oder Neigungen umfasst.
3. T rennkupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 2, bei der die Neigung der Verschieberampe der Kupplungsmuffe (4) benachbart zur Aufnahme (10) größer ist als entfernt zur Aufnahme (10).
4. Passive T rennkupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Neigungen linear verlaufen.
5. T rennkupplungseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Aufnahmen (13) in der ersten Welle zumindest in Umfangsrichtung geneigte Seitenflächen aufweist.
6. T rennkupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 5, bei der der Querschnitt der Aufnahmen (13) in der ersten Welle (2) zumindest in Umfangsrichtung mit einem Radius versehen sind.
7. Steuerungsverfahren für eine Passive Trennkupplungseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- Festlegen eines ersten Drehzahlgrenzbereichs mit einer niedrigen Grenzdrehzahl (PAI) und einer höheren Grenzdrehzahl (nei);
- Festlegen eines energieeffizienten oder komfortablen Fahrmodus;
- Auskuppeln der Trennkupplung je nach festgelegtem Fahrmodus im Bereich der niedrigen oder der höheren Grenzdrehzahl.
8. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Festlegens eines zweiten Drehzahlgrenzbereichs mit einer niedrigen Grenzdrehzahl (PA2) und einer höheren
Grenzdrehzahl (nB2), wobei ein Drehzahlgrenzbereich für den Einkuppelvorgang und ein Drehzahlgrenzbereich für den Auskuppelvorgang vorgesehen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend den Schritt des Abschaltens oder Anfahrens des Drehzahlerzeugers, wenn die vorbestimmte Grenzdrehzahl für den
Fahrmodus erreicht ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend die Schritte:
- Messen der konkreten Grenzdrehzahl bei der die Kupplung Auskuppelt oder Einkuppelt;
- Ermitteln eines neuen Drehzahlgrenzbereichs für den Einkuppel- und Auskuppelvorgang;
- Prüfen des neuen Drehzahlgrenzbereichs auf Plausibilität;
- verwenden des neuen Drehzahlgrenzbereichs.
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