WO2023227597A1 - Verfahren zum gangwechsel in einem antrieb eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2023227597A1
WO2023227597A1 PCT/EP2023/063781 EP2023063781W WO2023227597A1 WO 2023227597 A1 WO2023227597 A1 WO 2023227597A1 EP 2023063781 W EP2023063781 W EP 2023063781W WO 2023227597 A1 WO2023227597 A1 WO 2023227597A1
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electric machine
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PCT/EP2023/063781
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Eike VON WITTICH
Marco Hellebrandt
Dennis Weir
Manuel Matalla
Alexander Baar
Fabian Lukas Grimm
Patrick GUST
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16H2306/40—Shifting activities
    • F16H2306/50—Coupling of new gear

Definitions

  • the present invention relates to a method for changing gears in a drive of a vehicle as well as a computing unit, a drive and a computer program for carrying it out.
  • Dual clutch transmissions are known from the car sector, as are continuously variable transmissions, such as the so-called CVT (continuously variable transmission).
  • CVT continuously variable transmission
  • Mobile machines can have powershift transmissions with several multi-plate clutches, which carry out gear changes without or with only a reduced drop in tractive force. When changing gears, two clutches are engaged at the same time (old gear and new gear).
  • the invention makes use of the measure, both the load change that takes place during the load change phase between the power paths, which are determined by the different gears, and the speed synchronization (or synchronization), which takes place during the synchronization phase, in the rotational to carry out the number control mode of the electric machine.
  • the speed control the speed of the vehicle can be advantageously controlled during the switching process by specifying a corresponding target speed to the electric machine.
  • the permissible continuous power of the electrical machine can be briefly exceeded, so that the switching jerk is minimized.
  • the method when changing gears from an old gear that is engaged to a new gear that is to be engaged, the method includes carrying out a load change phase and a synchronization phase in the speed control mode.
  • the drive has an electric machine and a powershift transmission.
  • the powershift transmission has a drive shaft that is connected to an output shaft of the electric machine and an output shaft that is connected to a chassis of the vehicle. Overall, the drive enables the vehicle to move.
  • the vehicle is preferably a mobile work machine, but is not limited to this.
  • the powershift transmission has at least two gears with different ratios, with a transmission branch with a clutch being provided for each of the gears, which is designed to provide a non-positive connection in the closed state (via the transmission branch in which the respective clutch is provided).
  • the clutches can be, for example, friction clutches or multi-plate clutches. Depending on how strongly the friction partners (plates) of a clutch are pressed together (by actuators and/or hydraulically), a more or less large maximum torque that can be transmitted via the clutch is determined.
  • the electric machine can be controlled or regulated in a speed control mode with a target speed.
  • the control or regulation can be carried out by a control device included in the electrical machine and/or by a control device of the drive.
  • the fact that one of the gears is engaged is to be understood as meaning that Torque is transmitted between the drive shaft and the output shaft via only one of the transmission branches. So one of the clutches is completely closed and the other is completely open (no torque transmission).
  • the target speed of the speed control mode of the electric machine is changed in the synchronization phase, the target speed being determined at the end of the synchronization phase, taking into account the translation of the new gear from a speed of the output shaft.
  • the formulation used here and below that the target speed is determined from a speed of the output shaft taking into account the gear ratio of the new gear means that, if i denotes the respective gear ratio, the target speed (Osoii as the product of speed a> from the output shaft and ratio i is calculated:
  • the clutch of the transmission branch that corresponds to the old gear is preferably switched off or opened and the clutch of the transmission branch that corresponds to the new gear is switched on or closed.
  • the method is carried out (in particular the clutches are controlled in such a way) that during the load change phase, when the gear change is a pull-up shift or a push-down shift, the deactivating clutch sticks and the engaging clutch slips and when the gear change is a push-up shift or a pull-down shift , the disengaging clutch slips and the engaging clutch sticks. This enables the vehicle speed to be controlled directly via the target speed of the electric machine.
  • Train operation means that the electric machine acts as a motor, i.e. electrical energy is converted into kinetic energy.
  • “Overrun” means that the electric machine acts as a generator, meaning kinetic energy is converted into electrical energy.
  • Upshifting means the ratio of the speed of the output shaft to the speed of the input shaft is greater after the switching process than before the switching process.
  • Downshifting means that the ratio of the speed of the output shaft to the speed of the input shaft is smaller after the switching process than before the switching process.
  • the terms “pull upshifting”, “pull downshifting”, “pushing upshifting” and “pushing downshifting” refer to the respective combinations of pulling or coasting operation with upshifting or downshifting.
  • the load change phase is carried out before the synchronization phase
  • the gear change is a push upshift or a pull downshift
  • the synchronization phase is carried out before the load change phase. This takes into account the different torque transmission directions in pulling or pushing operation and the different switching directions.
  • the electric machine can be controlled according to a specified torque and regulated in a torque control mode, wherein when one of the gears is engaged, the control of the electric machine takes place in the torque control mode, the method further comprising the following steps: changing the control of the electric machine from the torque control mode to the speed control mode during a first transition phase before carrying out the load change phase and the synchronization phase; and changing the control of the electric machine from the speed control mode to the torque control mode during a second transition phase after carrying out the load change phase and the synchronization phase.
  • the electric machine has, in addition to the speed control mode, a torque control mode with a default torque.
  • a torque control mode with a default torque.
  • the electric machine is controlled in torque control mode.
  • a safety torque can be provided when the gear is engaged, ie the maximum torque that can be transmitted by the closed clutch is greater (by the safety torque) than the torque actually transmitted.
  • the following preferred embodiments of the method make it possible to reduce this safety torque during the transition from the torque control mode to the speed control mode or to build it up during the transition from the speed control mode to the torque control mode, without there being strong fluctuations in the torque of the electric machine.
  • a safety torque is reduced during the first transition phase, with the default torque being the sum of a torque specification of the torque control mode weighted with a time-dependent factor that falls from 1 to 0 over the first transition period at the beginning of the first transition period and a torque specification of the speed control mode is determined.
  • the torque specification of the speed control mode is determined based on the target speed of the electric machine, which is the sum of a speed of the electric machine at the beginning of the transition period and a time-dependent transition sum, which takes into account the translation of the old one Gear is determined from a rate of change of a speed of the output shaft.
  • a safety torque is built up during the second transition phase, wherein during a second transition period the default torque is the sum of a torque specification of the torque control mode weighted with a time-dependent factor that increases from 0 to 1 over the second transition period at the beginning of the second Transition period and a torque specification of the speed control mode is determined.
  • the torque specification of the speed control mode is determined based on the target speed of the electric machine, which is determined as the sum of an initial sum, taking into account the translation of the new gear from a speed of the output shaft at the beginning of the transition period is, and a time-dependent transition sum, which takes into account the Translation of the new gear is determined from a rate of change of a speed of the output shaft.
  • a computing unit according to the invention for example a control device of a mobile machine, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon as described above.
  • Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc.
  • Figure 1 shows the basic topology of a drive of a vehicle in which the method according to the invention can be used.
  • Figure 2 shows torque curves and speed curves during a pull upshift.
  • Figure 3 illustrates the determination of the default torque for the electric machine during a first transition phase.
  • Figure 4 illustrates the switching logic of different switching types for a two-speed transmission.
  • FIG. 1 shows the basic topology of a drive 2 of a vehicle in which the method according to the invention can be used.
  • the drive 2 includes an electric machine 4, which is connected to a chassis 8 of the vehicle via a powershift transmission 6 in order to move the vehicle.
  • the powershift transmission 6 has a drive shaft 10, which is connected in a rotationally fixed manner to an output shaft 11 of the electric machine, and an output shaft 12, which is connected to the chassis.
  • the chassis 8 has, for example, gears, in particular a differential gear, and vehicle drive shafts, via which the rotational movement and torque of the output shaft 12 is transmitted to wheels or chains or the like of the chassis in order to move the vehicle (not shown in detail).
  • the powershift transmission 6 shown has, for example, two different gears. In general, the powershift transmission can have more than two gears and corresponding transmission branches.
  • the electrical machine 4 can be controlled with a default torque. Furthermore, the electrical machine 4 can be controlled in a torque control mode and a speed control mode, for example via a control of the electrical machine 4 and/or the drive 2 (not shown).
  • the drive shaft 10 and the output shaft 12 can be connected via two transmission branches 20, 22, which have different ratios i ⁇ , i 2 exhibit.
  • a first clutch K1 is provided in the first transmission branch 20 and a second clutch K2 is provided in the second transmission branch 20.
  • a non-positive connection is established between the drive shaft 10 and the output shaft 12 via the respective transmission branch 20, 22.
  • By opening a clutch the frictional connection is separated.
  • the powershift transmission shown has two gears as an example. In general, the invention can of course also be used in powershift transmissions with more than two gears.
  • both clutches are temporarily engaged at the same time, i.e. torque is transmitted via both clutches or transmission branches, with at least one of the clutches slipping.
  • the opening clutch is also called the disengaging clutch; the closing clutch is also referred to as the engaging clutch.
  • a control 30 (arithmetic unit) is shown, which can be viewed as part of the drive 2. This serves to control or regulate the electrical machine 4 and the control of the transmission 6, in particular the Couplings K1, K2. Furthermore, the controller 30 can record measured values of a speed sensor 32, which measures the speed of the drive shaft 10 or the output shaft 11, and/or a speed sensor 34, which measures the speed of the output shaft 12. Corresponding control lines or signal lines are shown as dashed lines. The controller 30 is in particular set up to carry out a method according to the invention.
  • Figure 2 shows torque curves and speed curves during a pull upshift.
  • the figure comprises two diagrams, where in the upper curve there is a transmission output torque M out (torque on the output shaft 12), a deactivating clutch torque M Katt (torque that is transmitted via the clutch of the old gear) and an engaging clutch torque M Kne u (torque, which is transmitted via the clutch of the new gear) are shown and are shown in the lower curve of a torque M EM of the electric machine and a speed M M of the electric machine.
  • the respective curves are plotted against the time t, which is given here, for example, in seconds (s).
  • the torques in both diagrams are given as examples in Newton meters (Nm) (left scales).
  • the speed of the electrical machine in the diagram below is given as an example in revolutions per minute (right scale).
  • the switching process shown includes four phases, which are carried out in the specified order during the pull-up shift: a first transition phase P1 (0.0 - 0.2 s), a load change phase P2 (0.2 - 0.4 s), a synchronization phase P3 (0.4 - 0.6 s) a second transition phase P4 (0.6 - 0.8 s).
  • transition phase P1 a safety torque M s against slipping in ferry operation of the gear engaged at the beginning of the shifting process is reduced, ie the maximum transferable torque of the closed, non-positively acting clutch is reduced to the torque actually transmitted.
  • the electric machine is switched from the torque control mode to the speed control mode.
  • the last torque specification M MV of the torque control before the start of the switching process is multiplied by a factor /c(t) and becomes the specification the speed control M DR is added to determine the default torque M EM for the electrical machine:
  • the factor k(t) for example, can be chosen as
  • the speed control determines the specification of the speed control M DR based on a target speed for the electric machine.
  • the target speed Ü) SO U is calculated from the speed acceleration d> from the speed M at the transmission output, ie the output shaft 12, the current speed o> 0 of the electric machine and the time t since the start of the switching process. It is preferably a linear progression so that the acceleration remains constant.
  • i att is the ratio of the old gear, ie the gear engaged at the beginning of the shifting process:
  • the first addend of this formula forms a time-dependent transition addend. Overall, this procedure avoids a drop in the engine torque M EM .
  • the transmission capability of the engaging clutch is increased; That is, the engaging clutch torque M Kneu is increased by the friction partners, such as plates of a multi-plate clutch, being pressed together to an increasing extent by means of actuators and/or hydraulically. Due to the power flow in the friction clutches, the clutch torque M Katt on the disengaging clutch is simultaneously reduced. it is important, that at the time of complete load transfer of the engaging clutch, the disengaging clutch no longer transmits torque (is open) and does not slip during the load change. Since it is continuously adherent, the electric machine adjusts the engine torque so that the speed acceleration in the drive train and the vehicle acceleration remain constant. The above formula for the target speed ⁇ » soii (t) is still valid. The default torque M EM for the electric machine is determined exclusively by the speed control, ie in the speed control mode.
  • the clutch torque is significantly influenced by the actuators.
  • the calculation of the necessary clutch torques M Katt , M Kneu takes place online on the transmission control unit (TCU; Transmission Control Unit) and is made up of the engine torque M EM , the ratio of the respective gear i ait , j neu and a respective switching factor s neu/aU t ) e [0, 1] together.
  • the switching factor indicates whether the clutch opens or closes. This results in the clutch torques during load changes:
  • the speed of the electric machine is synchronized in accordance with the new gear ratio in the synchronization phase P3.
  • This is possible because the new clutch slips and therefore always transmits the friction torque during sliding friction.
  • the vehicle load is supported by the slipping clutch and the motor (electric machine) is given the freedom to synchronize through torque intervention.
  • the engine When upshifting, the engine must be braked, meaning the engine torque is reduced at this point in order to synchronize. Since the electric machine in this case is already running in speed-controlled mode, only the target specification needs to be adjusted for speed synchronization:
  • the information from a speed sensor at the transmission output, ie on the output shaft, and the engine speed at the transmission input, ie on the drive shaft, detects when the speed at the clutch is synchronized.
  • the safety torque M s is rebuilt on the new clutch during the second, preferably provided, transition phase P4, whereby the speed is finally synchronized.
  • the motor is returned to torque control mode.
  • the default torque M EM for the electric machine during the second transition phase P4 can, as during the first transition phase P1, be determined from a torque specification to be achieved by the torque control, ie including the safety torque, and a specification by the speed control, whereby the factor k(t) is adjusted accordingly, ie increases from 0 to 1 during the second transition phase.
  • the second transition phase extends over a second transition period.
  • the first transition phase P1 is carried out in the same way as for the train upshift.
  • the system first switches to the speed-controlled mode and at the same time the safety torque on the clutch of the old gear is reduced.
  • the load change in the load change phase P2 occurs analogously to the train upshift. However, the new (switching-on) clutch is switched on at a synchronized speed and the old (switching-off) clutch slips.
  • the speed specification of the above equation is adjusted by expressing the starting value o> 0 of the target speed by the transmission output speed o) from 2 at the beginning of the load change phase. The following equation preferably applies:
  • the first of the addends in this equation can again be viewed as a transitional addend, the second addend can be viewed as an initial addend.
  • the second transition phase P4 is carried out again as with the train upshift.
  • the safety torque M s is therefore rebuilt on the new clutch.
  • the motor is returned to torque control mode.
  • overrun driving describes, for example, the intervention of the so-called engine brake when driving downhill or in recuperation mode of an electrically powered vehicle.
  • the electric machine acts as a generator during overruns. Since the order of the two elementary phases (load change and synchronization) depends on the power flow in the clutches, they are more important in overrun shifts than in traction shifts. Circuits exactly swapped. With a boost upshift, synchronization occurs first and then the load change and the process is therefore similar to the pull downshift. A coast downshift is analogous to a pull upshift.
  • FIG. 4 A general switching logic for carrying out all four switching types (pull upshift, train downshift, overrun upshift, overrun downshift) is shown in Figure 4.
  • the figure shows an example of a powershift transmission with two gears. In the case of several gears, this can be expanded accordingly, with the switching logic shown in the figure being applied for two consecutive gears and the shift request query being generalized accordingly.
  • step 100 the vehicle is started, i.e. the electric machine is started, with first gear initially being engaged in step 110.
  • step 115 a shift request or a desired gear is queried, e.g. the position of a shift lever is determined.
  • step 120 it is checked whether the desired gear is higher than the current gear. If this is not the case, the process returns to step 115. If this is the case, i.e. if the desired gear is higher than the current gear, a vehicle state is determined in step 125. Based on the vehicle condition, it should be possible to determine whether the vehicle is in a train journey or a push journey.
  • step 130 it is determined whether the vehicle is in a train journey or a push journey. If there is a train journey (arrow 135), the load change phase P2 takes place in step 140 before the synchronization phase P3 in step 145, as described in connection with FIGS. 3 and 4. If there is a coasting journey (arrow 150), the synchronization phase P3 takes place in step 155 before the load change phase P2 in step 160.
  • the first transition phase takes place before the load change and the synchronization phase and the second transition phase after the load change and the synchronization phase in both cases carried out in the same way (not shown) as described above, ie the re- The result is changed from torque control mode to speed control mode before steps 140 and 145 or 155 and 160 and changed back to torque control mode after these steps.
  • step 170 the switching process is completed for both cases, so that 2nd gear is engaged in the powershift transmission, step 210, and the vehicle is driven accordingly.
  • step 215 a shift request or a desired gear is queried again.
  • step 220 it is checked whether the desired gear is lower than the current gear. If this is not the case, the process returns to step 215. If this is the case, i.e. if the desired gear is lower than the current gear, the vehicle condition is determined in step 225.
  • step 230 it is determined whether the vehicle is in a train journey or a push journey. If there is overrun (arrow 235), the load change phase P2 takes place in step 240 before the synchronization phase P3 in step 245, as described in connection with FIGS. 3 and 4. If there is a train journey (arrow 250), the synchronization phase P3 takes place in step 255 before the load change phase P2 in step 260. Again optionally, if provided, in both cases the first transition phase before the load change and the synchronization phase and the second transition phase after the Load change and the synchronization phase are carried out (not shown).
  • step 270 the switching process is completed for both cases, so that 1st gear is engaged in the powershift transmission, corresponding to step 110.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gangwechsel in einem Antrieb (2) eines Fahrzeugs, wobei der Antrieb eine elektrische Maschine (4) und ein Lastschaltgetriebe (6) aufweist, wobei das Lastschaltgetriebe eine Antriebswelle (10), die mit einer Ausgangswelle (11) der elektrischen Maschine verbunden ist, und eine Abtriebswelle (12) aufweist, die mit einem Fahrwerk (8) verbunden ist, um das Fahrzeug fortzubewegen, wobei das Lastschaltgetriebe mindestens zwei Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen (i 1, i 2) aufweist, wobei für jeden der Gänge jeweils ein Getriebezweig (20, 22) mit einer Kupplung (K1, K2) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu bewirken, wobei, wenn einer der Gänge eingelegt ist, das Drehmoment zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle über ausschließlich einen einzigen der Getriebezweige übertragen wird, wobei die elektrische Maschine in einem Drehzahlregelmodus entsprechend einer Soll-Drehzahl regelbar ist, wobei das Verfahren bei einem Gangwechsel von einem eingelegten alten Gang zu einem einzulegenden neuen Gang ein Durchführen einer Lastwechselphase (P2) und einer Synchronisationsphase (P3) im Drehzahlregelmodus umfasst.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Gangwechsel in einem Antrieb eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gangwechsel in einem Antrieb eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit, einen Antrieb und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
Lastschaltkupplungen haben sich in der mobilen Antriebstechnik bereits etabliert. In verschiedenen Anwendungsbereichen wurden diverse Lösungen gefunden, die Zugkraft während des Schaltvorgangs zu kontrollieren. Aus dem PKW-Bereich sind Doppelkupplungsgetriebe bekannt, sowie stufenlose Getriebe, wie das sogenannte CVT (continuously variable transmission). Mobile Arbeitsmaschinen können Lastschaltgetriebe mit mehreren Lammellenkupplungen aufweisen, die den Gangwechsel ohne oder mit lediglich reduziertem Zugkrafteinbruch vollziehen. Bei dem Gangwechsel sind zwischenzeitlich zwei Kupplungen gleichzeitig (alter Gang und neuer Gang) im Eingriff.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Gangwechsel in einem Antrieb eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit, ein Antrieb und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, sowohl den Lastwechsel, der während der Lastwechselphase zwischen den Leistungspfaden, welche durch die unterschiedlichen Gänge bestimmt sind, erfolgt, als auch die Drehzahlsynchronisation (bzw. Synchronisation), die während der Synchronisationsphase erfolgt, im Dreh- zahlregelmodus der elektrischen Maschine durchzuführen. Durch die Drehzahlregelung kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs während des Schaltvorgangs durch Vorgabe einer entsprechenden Soll-Drehzahl an die elektrische Maschine in vorteilhafter Weise gesteuert werden. Während der Regelung im Drehzahlregelmodus kann die zulässige Dauerleistung der elektrischen Maschine kurzzeitig überschritten werden, so dass der Schaltruck minimiert wird.
Insbesondere umfasst das Verfahren bei einem Gangwechsel von einem eingelegten alten Gang in einen einzulegenden neuen Gang ein Durchführen einer Lastwechselphase und einer Synchronisationsphase im Drehzahlregelmodus.
Der Antrieb weist eine elektrische Maschine und ein Lastschaltgetriebe auf. Das Lastschaltgetriebe weist eine Antriebswelle, die mit einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine verbunden ist, und eine Abtriebswelle auf, die mit einem Fahrwerk des Fahrzeugs verbunden ist. Insgesamt wird durch den Antrieb die Fortbewegung des Fahrzeugs ermöglicht. Das Fahrzeug ist vorzugsweise eine mobile Arbeitsmaschine, ist aber nicht auf diese beschränkt.
Das Lastschaltgetriebe weist mindestens zwei Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen auf, wobei für jeden der Gänge jeweils ein Getriebezweig mit einer Kupplung vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung (über den Getriebezweig, in dem die jeweilige Kupplung vorgesehen ist) der Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu bewirken, so dass Drehmoment über den jeweiligen Getriebezweig übertragen werden kann. Die Kupplungen können beispielsweise Reibkupplungen bzw. Lamellenkupplungen sein. Je nachdem, wie stark die Reibpartner (Lamellen) einer Kupplung zusammengepresst werden (durch Aktuatoren und/oder hydraulisch), ist ein mehr oder weniger großes maximal über die Kupplung übertragbares Drehmoment bestimmt.
Die elektrische Maschine ist in einem Drehzahlregelmodus mit einer Soll-Drehzahl steuerbar bzw. regelbar. Die Steuerung bzw. Regelung kann durch ein in der elektrischen Maschine umfasstes Steuergerät und/oder durch ein Steuergerät des Antriebs erfolgen. Dass einer der Gänge eingelegt ist, ist so zu verstehen, dass Drehmoment zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle über ausschließlich einen einzigen der Getriebezweige übertragen wird. Es ist also eine der Kupplungen vollständig geschlossen, die andere(n) vollständig geöffnet (keine Drehmomentübertragung).
Bevorzugt wird in der Synchronisationsphase die Soll-Drehzahl des Drehzahlregelmodus der elektrischen Maschine geändert, wobei die Soll-Drehzahl am Ende der Synchronisationsphase unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird. Die hier und im Weiteren verwendete Formulierung, dass die Soll-Drehzahl unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird heißt, dass, wenn i die jeweilige Übersetzung bezeichnet, die Soll- Drehzahl (Osoii als Produkt von Drehzahl a>aus der Abtriebswelle und Übersetzung i berechnet wird:
Figure imgf000005_0001
Hier gilt also coson = a>aus
Figure imgf000005_0002
wobei i„eu die Übersetzung des neuen Ganges ist.
Bevorzugt wird während der Lastwechselphase die Kupplung des Getriebezweigs, der dem alten Gang entspricht, abgeschaltet bzw. geöffnet und die Kupplung des Getriebezweigs, der dem neuen Gang entspricht, zugeschaltet bzw. geschlossen. Weiter bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt (insbesondere die Kupplungen so angesteuert), dass während der Lastwechselphase, wenn der Gangwechsel ein Zughochschalten oder ein Schubrückschalten ist, die abschaltende Kupplung haftet und die zuschaltende Kupplung schlupft und, wenn der Gangwechsel ein Schubhochschalten oder ein Zugrückschalten ist, die abschaltende Kupplung schlupft und die zuschaltende Kupplung haftet. Dies ermöglicht eine direkte Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine.
"Zugbetrieb" heißt, dass die elektrische Maschine als Motor wirkt, d.h. elektrische Energie wird in Bewegungsenergie gewandelt. "Schubbetrieb" heißt, dass die elektrische Maschine als Generator wirkt, d.h. Bewegungsenergie wird in elektrische Energie gewandelt. "Hochschalten" heißt, dass das Verhältnis der Drehzahl der Abtriebswelle zur Drehzahl der Antriebswelle nach dem Schaltvorgang größer ist als vor dem Schaltvorgang. "Rückschalten" heißt, dass das Verhältnis der Drehzahl der Abtriebswelle zur Drehzahl der Antriebswelle nach dem Schaltvorgang kleiner ist als vor dem Schaltvorgang. Die Begriffe "Zughochschalten", "Zugrückschalten", "Schubhochschalten" und "Schubrückschalten" bezeichnen die jeweiligen Kombinationen von Zug- oder Schubbetrieb mit Hoch- oder Rückschalten.
Bevorzugt wird, wenn der Gangwechsel ein Zughochschalten oder ein Schubrückschalten ist, die Lastwechselphase vor der Synchronisationsphase durchgeführt, und, wenn der Gangwechsel ein Schubhochschalten oder ein Zugrückschalten ist, die Synchronisationsphase vor der Lastwechselphase durchgeführt. Hierdurch werden die unterschiedliche Drehmoment-Übertragungsrichtung im Zug- bzw. Schubbetrieb und die unterschiedliche Schaltrichtung berücksichtigt.
Bevorzugt ist die elektrische Maschine entsprechend einem Vorgabe-Drehmoment ansteuerbar und in einem Momentenregelmodus regelbar, wobei, wenn einer der Gänge eingelegt ist, die Regelung der elektrischen Maschine in dem Momentenregelmodus erfolgt, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: ein Ändern der Regelung der elektrischen Maschine von dem Momentenregelmodus in den Drehzahlregelmodus während einer ersten Übergangsphase vor dem Durchführen der Lastwechselphase und der Synchronisationsphase; und ein Ändern der Regelung der elektrischen Maschine von dem Drehzahlregelmodus in den Momentenregelmodus während einer zweiten Übergangsphase nach dem Durchführen der Lastwechselphase und der Synchronisationsphase.
Gemäß dieser Ausgestaltung weist die elektrische Maschine neben dem Drehzahlregelmodus einen Momentenregelmodus mit einem Vorgabe-Drehmoment auf. Wenn einer der Gänge eingelegt ist, erfolgt die Regelung der elektrischen Maschine im Momentenregelmodus. Vor der ersten Übergangsphase und nach der zweiten Übergangsphase ist jeweils einer der Gänge eingelegt, so dass insbesondere die elektrische Maschine außerhalb des Gangwechsels im Momentenregelmodus betrieben wird. Es kann bei eingelegtem Gang ein Sicherheitsmoment vorgesehen sein, d.h. das durch die geschlossene Kupplung maximal übertragbare Drehmoment ist größer (um das Sicherheitsmoment) als das tatsächlich übertragene Drehmoment. Die nachfolgenden bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens ermöglichen es, dieses Sicherheitsmoment beim Übergang von dem Momentenregelmodus in den Drehzahlregelmodus abzubauen bzw. beim Übergang von dem Drehzahlregelmodus in den Momentenregelmodus aufzubauen, ohne dass es zu starken Schwankungen des Drehmoments der elektrischen Maschine kommt.
Weiter bevorzugt wird während der ersten Übergangsphase ein Sicherheitsmoment abgebaut, wobei während eines ersten Übergangszeitraums das Vorgabe- Drehmoment als Summe einer mit einem zeitabhängigen Faktor, der über den ersten Übergangszeitraum von 1 auf 0 fällt, gewichteten Drehmoment-Vorgabe des Momentenregelmodus zu Beginn des ersten Übergangszeitraums und einer Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus bestimmt wird. Noch weiter bevorzugt wird während des ersten Übergangszeitraums die Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus basierend auf der Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt, die als Summe aus einer Drehzahl der elektrischen Maschine zu Beginn des Übergangszeitraums und einem zeitabhängigen Übergangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des alten Ganges aus einer Änderungsrate einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird.
Ebenso weiter bevorzugt wird während der zweiten Übergangsphase ein Sicherheitsmoment aufgebaut, wobei während eines zweiten Übergangszeitraums das Vorgabe-Drehmoment als Summe einer mit einem zeitabhängigen Faktor, der über den zweiten Übergangszeitraum von 0 auf 1 steigt, gewichteten Drehmoment-Vorgabe des Momentenregelmodus zu Beginn des zweiten Übergangszeitraums und einer Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus bestimmt wird. Noch weiter bevorzugt wird während des zweiten Übergangszeitraums die Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus basierend auf der Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt, die als Summe aus einem Anfangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Drehzahl der Abtriebswelle zu Beginn des Übergangszeitraums bestimmt wird, und einem zeitabhängigen Übergangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Änderungsrate einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer mobilen Arbeitsmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt die prinzipielle Topologie eines Antriebs eines Fahrzeugs, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen kann. Figur 2 zeigt Drehmomentverläufe und Drehzahlverläufe während einer Zughochschaltung.
Figur 3 illustriert die Bestimmung des Vorgabe-Drehmoments für die elektrische Maschine während einer ersten Übergangsphase.
Figur 4 illustriert die Schaltlogik verschiedener Schalttypen für ein Zweiganggetriebe.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Figur 1 zeigt die prinzipielle Topologie eines Antriebs 2 eines Fahrzeugs, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen kann. Der Antrieb 2 umfasst eine elektrische Maschine 4, die über ein Lastschaltgetriebe 6 mit einem Fahrwerk 8 des Fahrzeuges verbunden ist, um das Fahrzeug fortzubewegen.
Das Lastschaltgetriebe 6 weist eine Antriebswelle 10, die mit einer Ausgangswelle 11 der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, und eine Abtriebswelle 12 auf, die mit dem Fahrwerk verbunden ist. Das Fahrwerk 8 weist beispielsweise Getriebe, insbesondere ein Differentialgetriebe, und Fahrzeugantriebswellen auf, über die die rotatorische Bewegung und Drehmoment der Abtriebswelle 12 auf Räder oder Ketten o.ä. des Fahrwerks übertragen wird, um das Fahrzeug fortzubewegen (im Einzelnen nicht dargestellt). Das dargestellte Lastschaltgetriebe 6 weist beispielhaft zwei unterschiedliche Gänge auf. Im Allgemeinen kann das Lastschaltgetriebe mehr als zwei Gänge und entsprechende Getriebezweige aufweisen.
Die elektrische Maschine 4 ist mit einem Vorgabe-Drehmoment ansteuerbar. Weiterhin ist die elektrische Maschine 4, z.B. über eine nicht weiter dargestellte Steuerung der elektrischen Maschine 4 und/oder des Antriebs 2, in einem Momentenregelmodus und einem Drehzahlregelmodus regelbar.
Im Lastschaltgetriebe 6 sind die Antriebswelle 10 und die Abtriebswelle 12 über zwei Getriebezweige 20, 22 verbindbar, die unterschiedliche Übersetzungen i±, i2 aufweisen. Im ersten Getriebezweig 20 ist eine erste Kupplung K1 vorgesehen und im zweiten Getriebezweig 20 ist eine zweite Kupplung K2 vorgesehen. Durch Schließen einer Kupplung K1 , K2 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebswelle 10 und Abtriebswelle 12 über den jeweiligen Getriebezweig 20, 22 hergestellt. Durch Öffnen einer Kupplung wird die kraftschlüssige Verbindung getrennt.
Die beiden Getriebezweige 20, 22 entsprechen unterschiedlichen Gängen. Ist eine Kupplung geschlossen und die andere geöffnet, d.h. ist ein Gang eingelegt, ist das Verhältnis zwischen Drehzahl der Antriebswelle 10, die gleich der Drehzahl M M der elektrischen Maschine 4 ist, und Drehzahl Maus der Abtriebswelle gegeben durch die jeweilige Übersetzung. Es gilt also M M = i± ■ o)aus, wenn die erste Kupplung K1 geschlossen und die zweite Kupplung K2 geöffnet ist (erster Gang bzw. erster Getriebezweig), und a)EM = i2 ■ o)aus, wenn die erste Kupplung K2 geschlossen und die zweite Kupplung K1 geöffnet ist (zweiter Gang bzw. zweiter Getriebezweig). Das gezeigte Lastschaltgetriebe weist beispielhaft zwei Gänge auf. Im Allgemeinen kann die Erfindung selbstverständlich auch bei Lastschaltgetrieben mit mehr als zwei Gängen Anwendung finden.
Wenn ein Gang eingelegt, d.h. wenn eine Kupplung geschlossen und die andere geöffnet ist, erfolgt die Regelung der elektrischen Maschine 4 im Drehmomentmodus. Bei einem Gangwechsel sind beiden Kupplungen zeitweise gleichzeitig in Eingriff, d.h. es wird über beide Kupplungen bzw. Getriebezweige Drehmoment übertragen, wobei wenigstens einer der Kupplungen schlupft. Die sich öffnende Kupplung wird auch als abschaltende Kupplung bezeichnet; die sich schließende Kupplung wird auch als zuschaltende Kupplung bezeichnet. Dieser Vorgang wird in der nachfolgenden Figur 2 anhand eines beispielhaften Gangwechsels, nämliche einer Zughochschaltung, erläutert. Es wird von einem eingelegten, alten Gang in einen einzulegenden, neuen Gang geschaltet.
Weiterhin ist eine Steuerung 30 (Recheneinheit) eingezeichnet, die als Teil des Antriebs 2 angesehen werden kann. Diese dient der Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine 4 und der Steuerung des Getriebes 6, insbesondere der Kupplungen K1 , K2. Weiter kann die Steuerung 30 Messwerte eines Drehzahlsensors 32, der die Drehzahl der Antriebswelle 10 bzw. der Ausgangswelle 11 misst, und/oder eines Drehzahlsensors 34, der die Drehzahl der Abtriebswelle 12 misst, erfassen. Entsprechende Steuerleitungen bzw. Signalleitungen sind als gestichelte Linien eingezeichnet. Die Steuerung 30 ist insbesondere eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Figur 2 zeigt Drehmomentverläufe und Drehzahlverläufe während einer Zughochschaltung. Die Figur umfasst zwei Diagramme, wobei im oberen Verläufe eines Getriebeausgangsmoments Maus (Drehmoment an der Abtriebswelle 12), eines abschaltenden Kupplungsmoments MKatt (Drehmoment, das über die Kupplung des alten Ganges übertragen wird) und eines zuschaltenden Kupplungsmoments MKneu (Drehmoment, das über die Kupplung des neuen Ganges übertragen wird) eingezeichnet sind und im unteren Verläufe eines Drehmoments MEM der elektrischen Maschine und einer Drehzahl M M der elektrischen Maschine eingezeichnet sind. In beiden Diagrammen sind die jeweiligen Verläufe gegen die Zeit t aufgetragen, die hier beispielsweise in Sekunden (s) angegeben ist. Die Drehmomente sind in beiden Diagrammen beispielhaft in Newtonmeter (Nm) angegeben (linke Skalen). Die Drehzahl der elektrischen Maschine im unteren Diagramm ist beispielhaft in Umdrehungen je Minute angegeben (rechte Skala).
Der dargestellte Schaltvorgang umfasst vier Phasen, die bei der Zughochschaltung in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden: eine erste Übergangsphase P1 (0,0 - 0,2 s), eine Lastwechselphase P2 (0,2 - 0,4 s), eine Synchronisationsphase P3 (0,4 - 0,6 s) eine zweite Übergangsphase P4 (0,6 - 0,8 s).
In der ersten, vorzugsweise vorgesehenen, Übergangsphase P1 wird ein Sicherheitsmoment Ms gegen Durchrutschen im Fährbetrieb des zu Beginn des Schaltvorgangs eingelegten Ganges abgebaut, d.h. das maximal übertragbare Drehmoment der geschlossenen, kraftschlüssig wirkenden Kupplung wird auf das tatsächlich übertragene Drehmoment reduziert. Gleichzeitig wird die elektrische Maschine vom Momentenregelmodus in den Drehzahlregelmodus geschaltet. Während des Übergangs wird die letzte Momentenvorgabe MMV der Momentenregelung vor Beginn des Schaltvorgangs mit einem Faktor /c(t) multipliziert und zu der Vorgabe der Drehzahlregelung MDR addiert, um das Vorgabe-Drehmoment MEM für die elektrischen Maschine zu bestimmen:
Figure imgf000012_0001
Diese Summenbildung während der ersten Übergangsphase P1 ist in Figur 3 illustriert. Die erste Übergangsphase erstreckt sich über einen ersten Übergangszeitraum von t0 bis tx, wobei in den obigen Formeln beispielhaft davon ausgegangen wird, dass t0 = Os gilt.
Der Faktor k(t) z.B. kann gewählt werden als
Zc(t) = i - (t— t0)2/(ti— to)2; t e [to< til
Die Drehzahlregelung bestimmt basierend auf einer Soll-Drehzahl für die elektrische Maschine die Vorgabe der Drehzahlregelung MDR. Die Soll-Drehzahl Ü)SOU berechnet sich aus der Drehzahlbeschleunigung d>aus der Drehzahl Maus am Getriebeausgang, d.h. der Abtriebswelle 12, der aktuellen Drehzahl o>0 der elektrischen Maschine und der Zeit t seit Beginn t0 des Schaltvorgangs. Es handelt sich vorzugsweise um einen linearen Verlauf, damit die Beschleunigung konstant bleibt. Die Berechnung ergibt, wobei iatt die Übersetzung des alten Ganges, d.h. des zu Beginn des Schaltvorgangs eingelegten Ganges ist:
Figure imgf000012_0002
Der erste Summand dieser Formel bildet einen zeitabhängigen Übergangssummanden. Insgesamt wird durch diese Vorgehensweise ein Einbrechen des Motordrehmoments MEM vermieden.
Während der Lastwechselphase P2 wird die Übertragungsfähigkeit der zuschaltenden Kupplung erhöht; d.h. das zuschaltende Kupplungsmoment MKneu wird erhöht indem die Reibpartner, etwa Lamellen einer Lamellenkupplung, mittels Aktuatoren und/oder hydraulisch in zunehmendem Maße zusammengepresst werden. Aufgrund des Leistungsflusses in den Reibkupplungen reduziert sich gleichzeitig das Kupplungsmoment MKatt an der abschaltenden Kupplung. Es ist wichtig, dass zum Zeitpunkt der vollständigen Lastübernahme der zuschaltenden Kupplung, die abschaltenden Kupplung kein Drehmoment mehr überträgt (geöffnet ist) und während des Lastwechsels nicht durchrutscht. Da sie durchgehend haftet, regelt die elektrische Maschine das Motormoment nach, damit die Drehzahlbeschleunigung im Antriebsstrang sowie die Fahrzeugbeschleunigung konstant bleiben. Die obige Formel für die Soll-Drehzahl <»soii(t) ist also weiterhin gültig. Das Vorgabe-Drehmoment MEM für die elektrischen Maschine wird ausschließlich durch die Drehzahlregelung, d.h. im Drehzahlregelmodus, bestimmt.
Das Kupplungsmoment wird während dieser Phase maßgeblich durch die Aktua- torik beeinflusst. Die Berechnung der notwendigen Kupplungsmomente MKatt, MKneu erfolgt online auf der Getriebesteuereinheit (TCU; Transmission Control Unit) und setzt sich aus dem Motormoment MEM , der Übersetzung des jeweiligen Gangs iait, jneuund einem jeweiligen Schaltfaktor sneu/aU t) e [0, 1] zusammen. Der Schaltfaktor gibt an, ob die Kupplung öffnet oder schließt. Somit ergibt sich für die Kupplungsmomente im Lastwechsel:
Figure imgf000013_0001
Nach dem Lastwechsel erfolgt in der Synchronisationsphase P3 eine Synchronisation der Drehzahl der elektrischen Maschine entsprechend der neuen Übersetzung. Diese ist möglich, da die neue Kupplung schlupft und somit immer das Reibmoment bei Gleitreibung überträgt. Die Fahrzeuglast stützt sich an der schlupfenden Kupplung ab und der Motor (elektrischen Maschine) erhält die Freiheit durch einen Momenteneingriff zu synchronisieren. Bei Hochschaltungen muss der Motor abgebremst werden, d.h. an der Stelle wird das Motormoment gesenkt, um zu Synchronisieren. Da die elektrische Maschine im vorliegenden Fall bereits im drehzahlgeregelten Modus läuft muss zur Drehzahlsynchronisation lediglich die Sollvorgabe angepasst werden:
Figure imgf000013_0002
Durch die Information eines Drehzahlsensors am Getriebeausgang, d.h. an der Abtriebswelle, und der Motordrehzahl am Getriebeeingang, d.h. an der Antriebswelle, wird detektiert, wann die Drehzahl an der Kupplung synchronisiert ist.
Zum Abschluss des Schaltvorgangs wird während der zweiten, vorzugsweise vorgesehenen, Übergangsphase P4 das Sicherheitsmoment Ms an der neuen Kupplung wieder aufgebaut, wodurch die Drehzahl endgültig synchronisiert wird. Zudem wird der Motor in den Momentenregelmodus zurückgeführt. Das Vorgabe-Drehmoment MEM für die elektrischen Maschine während der zweiten Übergangsphase P4 kann wie während der ersten Übergangsphase P1 aus einer zu erreichenden Momentenvorgabe der Momentenregelung, d.h. einschließlich des Sicherheitsmoments, und einer Vorgabe der Drehzahlregelung bestimmt werden, wobei der Faktor k(t) entsprechend angepasst wird, d.h. während der zweiten Übergangsphase von 0 nach 1 steigt. Die zweite Übergangsphase erstreckt sich über einen zweiten Übergangszeitraum.
Im Fall einer Zugrückschaltung werden beim Schaltvorgang wieder die genannten vier Phasen, allerdings werden diese in einer anderen Reihenfolge durchgeführt, genauer ist die Reihenfolge der Lastwechselphase und der Synchronisationsphase vertauscht. Die Reihenfolge ist also: erste Übergangsphase P1 , Synchronisationsphase P3, Lastwechselphase P2, zweite Übergangsphase P4. Aufgrund des Leistungsflusses in den Kupplungen würde ein Lastwechsel vor einer Synchronisation auf die neue Drehzahl zu Blindleistungen führen, da die Kupplung nicht schlupfend zugeschaltet werden kann. Daher läuft der Schaltvorgang in einer anderen Reihenfolge ab, ist aber im Sinne dieser Erfindung ähnlich.
Die erste Übergangsphase P1 wird genauso durchgeführt wie bei der Zughochschaltung. Es wird also zunächst in den drehzahlgeregelten Modus geschaltet und gleichzeitig das Sicherheitsmoment an der Kupplung des alten Ganges abgebaut.
In der anschließenden Synchronisationsphase P3 muss bei einer Zugrückschaltung der Motor beschleunigt werden. Dies geschieht ohne vorherigen Lastwechsel, daher wird nach dem Abbau des Sicherheitsmoments das Moment an der abschal- tenden Kupplung konstant gehalten und dem der elektrischen Maschine eine Drehzahlvorgabe entsprechend dem neuen Gang vorgegeben. Es gilt analog zur Zughochschaltung die Gleichung: ^soll (Ö — ^aus (0 ' i-neu
Der Lastwechsel in der Lastwechselphase P2 erfolgt analog zur Zughochschaltung. Allerdings wird die neue (zuschaltende) Kupplung mit synchronisierter Drehzahl zugeschaltet und die alte (abschaltende) Kupplung schlupft. Die Drehzahlvorgabe der obigen Gleichung wird angepasst, indem der Startwert o>0 der Soll-Drehzahl durch die Getriebeabtriebsdrehzahl o)aus 2 zu Beginn der Lastwechselphase ausgedrückt wird. Es gilt vorzugsweise folgende Gleichung:
Figure imgf000015_0001
Dies stellt sicher, dass auch bei nicht vollständiger Synchronisation die zuschaltende Kupplung haftet und so die Fahrzeugbeschleunigung gesteuert wird. Der erste der Summanden in dieser Gleichung kann wieder als Übergangssummand angesehen werden, der zweite Summand kann als Anfangssummand angesehen werden.
Die zweite Übergangsphase P4 wird wieder wie bei der Zughochschaltung durchgeführt. Es wird also das Sicherheitsmoment Ms an der neuen Kupplung wieder aufgebaut. Zudem wird der Motor in den Momentenregelmodus zurückgeführt.
Der Unterschied zwischen Schubschaltung und Zugschaltungen ist der Leistungsfluss im Antriebsstrang. Bei Zugfahrten treibt der Antriebsstrang mit dem der elektrischen Maschine, die als Motor wirkt, das Fahrzeug an. Schubfahrten hingegen beschreiben z.B. das Eingreifen der sogenannten Motorbremse bei Bergabfahrten oder im Rekuperationsbetrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die elektrische Maschine wirkt bei Schubfahrten als Generator. Da die Reihenfolge der zwei elementaren Phasen (Lastwechsel und Synchronisation) vom Leistungsfluss in den Kupplungen abhängt, sind sie bei Schubschaltungen gegenüber Zug- Schaltungen genau vertauscht. Bei einer Schubhochschaltung erfolgt also zunächst die Synchronisation und danach der Lastwechsel und ähnelt im Ablauf daher der Zugrückschaltung. Eine Schubrückschaltung ist dementsprechend analog zur Zughochschaltung.
Eine allgemeine Schaltlogik zur Durchführung aller vier Schalttypen (Zughochschaltung, Zugrückschaltung, Schubhochschaltung, Schubrückschaltung) ist in Figur 4 dargestellt. In der Figur ist beispielhaft der Fall eines Lastschaltgetriebes mit zwei Gängen gezeigt. Im Falle mehrerer Gänge kann dies entsprechend erweitert werden, wobei für je zwei aufeinanderfolgende Gänge die in der Figur gezeigte Schaltlogik angewendet wird und die Schaltwunschabfrage entsprechend verallgemeinert wird.
In Schritt 100 wird das Fahrzeug gestartet, d.h. die elektrische Maschine wird gestartet, wobei in Schritt 110 zunächst der erste Gang eingelegt ist.
In Schritt 115 wird ein Schaltwunsch bzw. ein gewünschter Gang abgefragt, z.B. wird die Stellung eines Schalthebels ermittelt. In Schritt 120 wird geprüft, ob der gewünschte Gang höher als der aktuelle Gang ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zu Schritt 115 zurückgesprungen. Wenn dies der Fall ist, wenn also der gewünschte Gang höher als der aktuelle Gang ist, wird in Schritt 125 ein Fahrzeugzustand ermittelt. Anhand des Fahrzeugzustands soll bestimmbar sein, ob sich das Fahrzeug in einer Zugfahrt oder einer Schubfahrt befindet.
In Schritt 130 wird bestimmt ob sich Fahrzeug in einer Zugfahrt oder einer Schubfahrt befindet. Wenn eine Zugfahrt vorliegt (Pfeil 135) erfolgt in Schritt 140 die Lastwechselphase P2 vor der Synchronisationsphase P3 in Schritt 145, wie in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben. Wenn eine Schubfahrt vorliegt (Pfeil 150) erfolgt in Schritt 155 die Synchronisationsphase P3 vor der Lastwechselphase P2 in Schritt 160. Optional, soweit vorgesehen, werden die erste Übergangsphase vor der Lastwechsel- und der Synchronisationsphase und die zweite Übergangsphase nach der Lastwechsel- und der Synchronisationsphase in beiden Fällen ebenso durchgeführt (nicht dargestellt), wie oben beschrieben, d.h. die Re- gelung wird vor den Schritten 140 und 145 bzw. 155 und 160 vom Momentenregelmodus in den Drehzahlregelmodus geändert und nach diesen Schritten wieder in den Momentenregelmodus geändert.
In Schritt 170 wird für beide Fälle der Schaltvorgang abgeschlossen, so dass im Lastschaltgetriebe der 2. Gang eingelegt, Schritt 210, und das Fahrzeug entsprechend angetrieben wird.
In Schritt 215 wird wieder ein Schaltwunsch bzw. ein gewünschter Gang abgefragt. In Schritt 220 wird geprüft, ob der gewünschte Gang niedriger als der aktuelle Gang ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zu Schritt 215 zurückgesprungen. Wenn dies der Fall ist, wenn also der gewünschte Gang niedriger als der aktuelle Gang ist, wird in Schritt 225 der Fahrzeugzustand ermittelt.
In Schritt 230 wird bestimmt ob sich Fahrzeug in einer Zugfahrt oder einer Schubfahrt befindet. Wenn eine Schubfahrt vorliegt (Pfeil 235) erfolgt in Schritt 240 die Lastwechselphase P2 vor der Synchronisationsphase P3 in Schritt 245, wie in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben. Wenn eine Zugfahrt vorliegt (Pfeil 250) erfolgt in Schritt 255 die Synchronisationsphase P3 vor der Lastwechselphase P2 in Schritt 260. Auch werden wieder optional, soweit vorgesehen, in beiden Fällen die erste Übergangsphase vor der Lastwechsel- und der Synchronisationsphase und die zweite Übergangsphase nach der Lastwechsel- und der Synchronisationsphase durchgeführt (nicht dargestellt).
In Schritt 270 wird für beide Fälle der Schaltvorgang abgeschlossen, so dass im Lastschaltgetriebe der 1. Gang eingelegt ist, entsprechend Schritt 110.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Gangwechsel in einem Antrieb (2) eines Fahrzeugs, wobei der Antrieb eine elektrische Maschine (4) und ein Lastschaltgetriebe (6) aufweist, wobei das Lastschaltgetriebe eine Antriebswelle (10), die mit einer Ausgangswelle (11) der elektrischen Maschine verbunden ist, und eine Abtriebswelle (12) aufweist, die mit einem Fahrwerk (8) verbunden ist, um das Fahrzeug fortzubewegen, wobei das Lastschaltgetriebe mindestens zwei Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen (i1, i2) aufweist, wobei für jeden der Gänge jeweils ein Getriebezweig (20, 22) mit einer Kupplung (K1 , K2) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu bewirken, wobei, wenn einer der Gänge eingelegt ist, das Drehmoment zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle über ausschließlich einen einzigen der Getriebezweige übertragen wird, wobei die elektrische Maschine in einem Drehzahlregelmodus entsprechend einer Soll-Drehzahl regelbar ist; wobei das Verfahren bei einem Gangwechsel von einem eingelegten alten Gang zu einem einzulegenden neuen Gang umfasst:
Durchführen einer Lastwechselphase (P2) und einer Synchronisationsphase (P3) im Drehzahlregelmodus.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in der Synchronisationsphase (P3) die Soll- Drehzahl des Drehzahlregelmodus der elektrischen Maschine (4) geändert wird, wobei die Soll-Drehzahl am Ende der Synchronisationsphase unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Änderung der Soll-Drehzahl linear erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während der Lastwechselphase (P2) die Kupplung (K1 , K2) des Getriebezweigs (20, 22), der dem alten Gang entspricht, abgeschaltet bzw. geöffnet wird und die Kupplung (K1 , K2) des Getriebezweigs (20, 22), der dem neuen Gang entspricht, zugeschaltet bzw. geschlossen wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei während der Lastwechselphase (P2), wenn der Gangwechsel ein Zughochschalten (135) oder ein Schubrückschalten (235) ist, die abschaltende Kupplung haftet und die zuschaltende Kupplung schlupft und, wenn der Gangwechsel ein Schubhochschalten (150) oder ein Zugrückschalten (250) ist, die abschaltende Kupplung schlupft und die zuschaltende Kupplung haftet. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während der Lastwechselphase (P2), wenn der Gangwechsel ein Zughochschalten (135) oder ein Schubrückschalten (235) ist, die Soll-Drehzahl unter Berücksichtigung der Übersetzung des alten Ganges aus der Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird, und, wenn der Gangwechsel ein Schubhochschalten (150) oder ein Zugrückschalten (250) ist, die Soll-Drehzahl unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus der Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn der Gangwechsel ein Zughochschalten (135) oder ein Schubrückschalten (235) ist, die Lastwechselphase (140, 240) vor der Synchronisationsphase (145, 245) durchgeführt wird, und, wenn der Gangwechsel ein Schubhochschalten (150) oder ein Zugrückschalten (250) ist, die Synchronisationsphase (155, 255) vor der Lastwechsel phase (160, 260) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, die elektrische Maschine entsprechend einem Vorgabe-Drehmoment (M£M) ansteuerbar ist und in einem Momentenregelmodus regelbar ist, wobei, wenn einer der Gänge eingelegt ist, die Regelung der elektrischen Maschine in dem Momentenregelmodus erfolgt, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Ändern der Regelung der elektrischen Maschine von dem Momentenregelmodus in den Drehzahlregelmodus während einer ersten Übergangsphase (P1) vor dem Durchführen der Lastwechselphase (P2) und der Synchronisationsphase (P3); und Ändern der Regelung der elektrischen Maschine von dem Drehzahlregelmodus in den Momentenregelmodus während einer zweiten Übergangsphase (P4) nach dem Durchführen der Lastwechselphase (P2) und der Synchronisationsphase (P3).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei während der ersten Übergangsphase (P1) ein Sicherheitsmoment (Ms) abgebaut wird, wobei während eines ersten Übergangszeitraums das Vorgabe-Drehmoment als Summe einer mit einem zeitabhängigen Faktor (Zc), der über den ersten Übergangszeitraum von 1 auf 0 fällt, gewichteten Drehmoment-Vorgabe (MMV) des Momentenregelmodus zu Beginn des ersten Übergangszeitraums und einer Drehmoment-Vorgabe (MDR) des Drehzahlregelmodus bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei während des ersten Übergangszeitraums die Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus basierend auf der Soll- Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt wird, die als Summe aus einer Drehzahl der elektrischen Maschine zu Beginn des Übergangszeitraums und einem zeitabhängigen Übergangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des alten Ganges aus einer Änderungsrate einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei während der zweiten Übergangsphase (P4) ein Sicherheitsmoment (Ms) aufgebaut wird, wobei während eines zweiten Übergangszeitraums das Vorgabe-Drehmoment als Summe einer mit einem zeitabhängigen Faktor, der über den zweiten Übergangszeitraum von 0 auf 1 steigt, gewichteten Drehmoment-Vorgabe des Momentenregelmodus zu Beginn des zweiten Übergangszeitraums und einer Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei während des zweiten Übergangszeitraums die Drehmoment-Vorgabe des Drehzahlregelmodus basierend auf der Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt wird, die als Summe aus einem Anfangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Drehzahl der Abtriebswelle zu Beginn des Übergangszeitraums bestimmt wird, und einem zeitabhängigen Übergangssummanden, der unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Ganges aus einer Änderungsrate einer Drehzahl der Abtriebswelle bestimmt wird. Recheneinheit (30), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. Antrieb (2) für ein Fahrzeug umfassend eine elektrische Maschine (4), ein Lastschaltgetriebe (4), ein Fahrwerk (6) und eine Recheneinheit (30) nach Anspruch 12; wobei das Lastschaltgetriebe eine Antriebswelle (10), die mit einer Ausgangswelle (10) der elektrischen Maschine verbunden ist, und eine Abtriebswelle (12) aufweist, die mit dem Fahrwerk verbunden ist, um das Fahrzeug fortzubewegen, wobei das Lastschaltgetriebe mindestens zwei Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen aufweist, wobei für jeden der Gänge jeweils ein Getriebezweig (20, 22) mit einer Kupplung (K1 , K2) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu bewirken, wobei die elektrische Maschine in einem Drehzahlregelmodus entsprechend einer Soll-Drehzahl regelbar ist. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.
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