DE10159080A1

DE10159080A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Bremsanlage

Info

Publication number: DE10159080A1
Application number: DE2001159080
Authority: DE
Inventors: Rolf Bosse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechnischer Bremsanlage, umfassend mindestens einen Bremsdrucksensor (4), ein Bremsensteuergerät (7), ein Getriebe- oder Motorsteuergerät (8), einen Brems-Energie-Manager (9) und eine als Motor oder Generator umschaltbare Elektromaschine (2), wobei mittels des Bremsensteuergerätes (7) ein Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) aus den Werten des Bremsdrucksensors (4) ermittelbar und an das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) übertragbar ist, in dem Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) ein Brems-Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) ermittelbar ist und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelbar ist, das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) eine Differenz aus Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) und dem Brems-Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) bildet und als Sollwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_soll) an den Brems-Energie-Manager (9) übermittelt, der Brems-Energie-Manager (9) einen Istwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_ist) ermittelt und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelt, das Bremsensteuergerät (7) aus dem Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) und den Istwerten für das Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) und das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_ist) ein Bremsen-Moment (B_Md_Brems) für die elektromechanische Bremsanlage berechnet und diese entsprechend ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bremsenergie- Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Bremsanlage.

Aus der DE 196 23 847 11 ist ein Steuerungssystem für eine Fahrzeugantriebseinheit bekannt, umfassend einen Verbrennungsmotor; ein mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundenes Getriebe mit mehreren Gängen zur Kraftübertragung auf die Räder; einen mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundenen Motorgenerator zur Rückgewinnung der Bremsenergie in Form von Elektroenergie; eine Batterie zum Speichern der durch den Motorgenerator zurückgewonnenen Bremsenergie in Form von Elektroenergie; eine Betriebszustand-Detektionseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes des Fahrzeugs und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Getriebes und des Motorgenerators entsprechend dem von der Betriebszustand-Detektionseinrichtung ankommenden Ausgangssignal. Die Steuerung weist auf: eine Motorgenerator- Steuereinrichtung, um den Motorgenerator zur Erzeugung von Elektroenergie zu veranlassen, wenn die Betriebszustand-Detektionseinrichtung einen Abbremszustand des Fahrzeuges erfasst, um dadurch die Bremsenergie zurückzugewinnen; und eine Schaltsteuereinrichtung zum Schalten des Getriebes in einen Gang zwischen dem gegenwärtig eingelegten Gang und einem Gang mit höherem Übersetzungsverhältnis als dem des gegenwärtigen Gangs, so dass die rückgewinnbare Bremsenergie maximiert wird.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Bremsanlage zu schaffen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu umfaßt die Vorrichtung mindestens einen Bremsdrucksensor, ein Bremsensteuergerät, ein Getriebe- oder Motorsteuergerät, einen Brems-Energie- Manager und eine als Motor oder Generator umschaltbare Elektromaschine, wobei mittels des Bremsensteuergerätes ein Gesamtbremsmoment aus den Werten des Bremsdrucksensors ermittelbar und an das Getriebe- oder Motorsteuergerät übertragbar ist, in dem Getriebe- oder Motorsteuergerät ein Brems- Triebstrangmoment ermittelt und an das Getriebe- oder Motorsteuergerät übertragen wird, das Getriebe- oder Motorsteuergerät eine Differenz aus Gesamtbremsmoment und dem Brems-Triebstrangmoment bildet und als Sollwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment an den Brems-Energie-Manager übermittelt, der Brems-Energie-Manager einen Istwert für das Bremsenergie- Rückgewinnungs-Moment ermittelt und an das Bremsensteuergerät übermittelt, das Bremsensteuergerät aus dem Gesamtbremsmoment und den Istwerten für das Brems-Triebstrangmoment und das Bremsenergie- Rückgewinnungs-Moment ein Bremsen-Moment für die elektromechanische Bremsanlage berechnet und diese entsprechend ansteuert. Hierdurch ist eine aufeinander abgestimmte Verteilung der Bremsmomente möglich, mittels der Komfort, die Energieeinsparung und die Lebensdauer der beteiligten Komponenten in Einklang gebracht werden, so dass eine einseitige Bevorzugung der Energierückgewinnung auf Kosten von Komfort und Lebensdauer der Komponenten vermieden wird. Dabei sei angemerkt, dass die einzelnen Steuergeräte und Manager als separate Hardware oder als Software-Steuerungsmodule auf einem oder mehreren Steuerrechnern realisiert werden können. Wenn nachfolgend von Steuergeräten gesprochen wird, so schließt dies jeweils beide Ausführungsformen ein.

Die Strategie zur Aufteilung des Bremsmomentes erfolgt dabei vorzugsweise im Getriebe- oder Motorsteuergerät, wobei nachfolgend nur noch das Getriebesteuergerät erwähnt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebesteuergerät mit einem Steuergerät der Elektromaschine und einem Batterie-Management-Steuergerät verbunden, wobei über das Batterie-Management-Steuergerät dem Getriebesteuergerät Ist- und Grenzwerte des Beladungszustandes einer Batterie übertragbar sind. Hierdurch kann das Getriebesteuergerät bereits abschätzen, ob und in welchem Maße eine Bremsenergie-Rückgewinnung überhaupt sinnvoll ist. Ist die Batterie bereits vollgeladen, so wäre ein weiteres Aufladen durch die Bremsenergie-Rückgewinnung für die Lebensdauer der Batterie schädlich. In einem solchen Fall wird daher das Brems-Triebstrangmoment eher größer gewählt. Erfasst hingegen das Getriebesteuergerät einen geringen Ladezustand der Batterie, wird das Brems-Triebstrangmoment derart gewählt, dass die größtmögliche Bremsenergie-Rückgewinnung erreicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt das Batterie-Management- Steuergerät aus dem aktuellen Ladezustand der Batterie und dem aktuellen Bordnetzverbrauch Grenzwerte für die Beladung der Batterie durch die Elektromaschine, die an das Steuergerät der Elektromaschine übertragen werden, wo ein maximales Abbremsmoment der Elektromaschine im Generatorbetrieb berechnet und an das Getriebesteuergerät übertragen wird. In diesem Fall kann das Getriebesteuergerät sowohl den Anteil des Bremsmoments aufgrund des Triebstranges als auch der Bremsenergie-Rückgewinnung bestimmen und dabei bei der Aufteilung den Ladezustand der Batterie beachten. Dies ermöglicht eine umfassende Beachtung verschiedenster Fahrzeugparameter sowie des Leistungsvermögens der beteiligten Komponenten und deren Lebensdauer.

Erfolgt die Bremsenergie-Rückgewinnung rein elektrisch über den Generatorbetrieb der Elektromaschine, kann dann der Brems-Energie-Manager im Getriebesteuergerät oder im Steuergerät der Elektromaschine integriert werden, da dort alle benötigten Größen vorhanden sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Elektromaschine über eine lösbare und herstellbare Verbindung mit einer Brennkraftmaschine und die Elektromaschine über eine lösbare und herstellbare Verbindung mit einem Antriebsgetriebe verbunden. Hierdurch ist ein Segelbetrieb mit Abschaltung der Brennkraftmaschine möglich, wobei dann ausschließlich das Antriebsgetriebe die Elektromaschine antreibt. Neben der Einsparung von Kraftstoff ermöglicht dies eine verbesserte Aufteilung der unterschiedlichen Bremsmoment-Komponenten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wählt das Getriebesteuergerät im Bremsfall eher niedrigere Gänge, da dort eine bessere Dosierung des Bremsverhaltens möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung.
Die Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung umfaßt eine Brennkraftmaschine 1, eine Elektromaschine 2, ein Antriebsgetriebe 3, einen Bremsdrucksensor 4, hydraulische Bremsen 5, eine Batterie 6, ein Bremsensteuergerät 7, ein Getriebesteuergerät 8, einen Brems-Energie-Manager 9, ein Steuergerät 10 der Elektromaschine 2 und ein Batterie-Management-Steuergerät 11. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der vorzugsweise als Starter-Generator ausgebildeten Elektromaschine 2 ist eine erste Verbindung 12 angeordnet, die vorzugsweise als Kupplung ausgebildet ist. Die Verbindung 12 wird durch das Getriebesteuergerät 8 oder ein nicht dargestelltes Motorsteuergerät angesteuert. Die Verbindung 12 ist dabei lösbar oder herstellbar. Die Verbindung 12 ist dabei derart ausgebildet, dass einerseits eine Kraftübertragung von der Elektromaschine 2 zur Brennkraftmaschine 1 (Anlassvorgang) und umgekehrt (generatorischer oder motorischer Betrieb) möglich ist. Des weiteren ist die Verbindung auch derart lösbar, dass keine Kraftübertragung von der Elektromaschine 2 auf die Brennkraftmaschine stattfindet (Segelbetrieb). Zwischen der Elektromaschine 2 und dem Antriebsgetriebe 3 ist eine weitere mechanische Verbindung 13 angeordnet, die ebenfalls durch das Getriebesteuergerät 8 angesteuert wird, wobei die Verbindung 13 ebenfalls herstellbar und lösbar ist. Das Antriebsgetriebe 3 ist mit Rädern 14 verbunden, die über die hydraulischen Bremsen 5 abbremsbar sind. Der Bremsdrucksensor 4 ist mit dem Bremsensteuergerät 7 elektrisch verbunden und liefert ein elektrisches Signal, aus dem das Bremsensteuergerät 7 ein vom Kraftfahrzeugführer gewünschtes Bremsmoment ermitteln kann. Das Bremsensteuergerät 7 steuert dann elektrisch die hydraulischen Bremsen 5 über elektrische Stellorgane an. Eine derartige Anordnung wird auch als brake-by-wire bezeichnet und wird als bekannt vorausgesetzt. Die Batterie 6 versorgt die nicht dargestellten elektrischen Verbraucher sowie die Steuergeräte 7-11 und im Motorbetrieb auch die Elektromaschine 2 mit elektrischer Energie. Umgekehrt lädt die Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb die Batterie 6, wobei aus Übersichtsgründen alle diese Verbindungen nicht dargestellt sind.
Wie bereits ausgeführt, liefert der Bremsdrucksensor 4 ein elektrisches Signal, aus dem im Bremsensteuergerät 7 ein vom Fahrer gewünschtes Gesamtbremsmoment B_Md_Ges soll ableitbar ist.
Diese Verzögerung kann nun durch unterschiedliche Bremskomponenten erzeugt werden, nämlich

a) durch die hydraulischen Bremsen B_Md_Brems,
b) durch eine Bremsenergie-Rückgewinnung B_Md_BEM und
c) durch ein Brems-Triebstrangmoment B_Md_Ts durch Rückschaltung und Motorschub.

Nachfolgend soll davon ausgegangen werden, dass die gesamte Bremsenergie- Rückgewinnung elektrisch durch den generatorischen Antrieb der Elektromaschine 2 erfolgt.
Erfindungsgemäß wird nun das Gesamtbremsmoment B_Md_Ges_soll unter ganzheitlicher Betrachtung des Gesamtsystems auf die drei Komponenten verteilt.
Die Grundidee dabei ist, dass das Bremsensteuergerät 7 Sollwerte an das Getriebesteuergerät 8 und den Brems-Energie-Manager 9 übergibt, von diesen erfüllbare Istwerte zurückgemeldet bekommt und das verbleibende Bremsmoment durch entsprechende Ansteuerung der hydraulischen Bremsen 5 erzeugt. Diese Kommunikation muss nun koordiniert werden, wozu zunächst einige Vorüberlegungen dargestellt werden sollen.
Im Regelfall soll die Bremsenergie-Rückgewinnung maximiert werden, um den Kraftstoffverbrauch bei einer Brennkraftmaschine 1 oder die Reichweite bei einem Elektroauto zu vergrößern. Dabei ist jedoch dafür Sorge zu tragen, dass die Batterie 6 durch Überladung nicht zerstört wird. Folglich ist eine unkoordinierte Maximierung der Bremsenergie-Rückgewinnung für die Batterie 6 schädlich.
Daher erfaßt das Batterie-Management-Steuergerät 11 den Ladezustand der Batterie 6 sowie einen aktuellen Bedarfsstrom durch das Bordnetz. Das Batterie- Management-Steuergerät 11 übermittelt dann den aktuellen Ladezustand und einen maximalen und/oder optimalen Ladezustand an das Getriebesteuergerät 8. Hieraus kann das Getriebesteuergerät 8 ableiten, ob und wie stark eine Bremsenergie- Rückgewinnung sinnvoll ist. Ist eine Bremsenergie-Rückgewinnung nicht erwünscht, so ermittelt das Getriebesteuergerät 8 ein Brems-Triebstrangmoment B_Md_TS ist, das durch Rückschaltung und Motorschub erreichbar ist, wobei hierbei volles Augenmerk auf den Komfort gelegt werden kann, d. h. die Verzögerung möglichst angenehm für den Kraftfahrzeugführer verteilt wird. Dieses Brems- Triebstrangmoment B_Md_TS ist wird dann an das Bremsensteuergerät 7 zurückgemeldet. Des weiteren überträgt das Getriebesteuergerät 8 die Differenz aus Gesamtbremsmoment und Brems-Triebstrangmoment als Sollwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment B_Md_BEM soll. Der Brems-Energie- Manager 9 berechnet dann einen Istwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs- Moment B_Md_BEM ist, das an das Bremsensteuergerät 7 übertragen wird. Das Bremsensteuergerät 7 berechnet dann ein verbleibendes Bremsen-Moment B_Md_Brems = B_Md_Ges_soll-B_Md_TS_ist-B_Md_BEM ist und steuert die hydraulischen Bremsen 5 entsprechend an.
Bei der Ermittlung von B_Md_BEM ist hat der Brems-Energie-Manager 9 auch den Ladezustand der Batterie 6 zu beachten. Der Brems-Energie-Manager 9 muß hierzu wissen, welchen Beladestrom die Batterie 6 durch den Generatorbetrieb der Elektromaschine 2 verträgt und was für ein Bremsmoment hierdurch erzeugt wird. Hierzu erfasst das Batterie-Management-Steuergerät 11 den aktuellen Ladezustand und den aktuellen Bedarfsstrom des Bordnetzes. Unter zur Kenntnisnahme des maximalen Beladungszustandes der Batterie 6 kann dann das Batterie- Management-Steuergerät 11 einen maximalen Beladestrom und eine maximale Bordnetzspannung ermitteln und an das Steuergerät 10 der Elektromaschine 2 übermitteln. Das Steuergerät 10 erfasst dann von der Elektromaschine 2 Grenzwerte für den aktuell maximal erzeugbaren Strom. Das maximal erzeugbare Abbremsmoment durch die Elektromaschine 2 ist durch den niedrigeren Wert beschränkt. Anhand der Daten berechnet dann das Steuergerät 10 ein maximales Abbremsmoment innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte.
Wie ersichtlich, kann beispielsweise der Brems-Energie-Manager 9 in das Steuergerät 10 oder in das Getriebesteuergerät 8 integriert werden, wenn das Getriebesteuergerät 8 das maximale Bremsmoment vom Steuergerät 10 erhält.

Claims

1. Vorrichtung zur Bremsenergie-Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Bremsanlage, umfassend mindestens einen Bremsdrucksensor (4), ein Bremsensteuergerät (7), ein Getriebe- oder Motorsteuergerät (8), einen Brems-Energie-Manager (9) und eine als Motor oder Generator umschaltbare Elektromaschine (2), wobei mittels des Bremsensteuergerätes (7) ein Gesamtbremsmoment (BMd_Ges_soll) aus den Werten des Bremsdrucksensors (4) ermittelbar und um das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) übertragbar ist, in dem Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) ein Brems-Triebstrangmoment (BMd_TS_ist) ermittelbar ist und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelbar ist, das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) eine Differenz aus Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) und dem Brems- Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) bildet und als Sollwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_soll) an den Brems- Energie-Manager (9) übermittelt, der Brems-Energie-Manager (9) einen Istwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_ist) ermittelt und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelt, das Bremsensteuergerät (7) aus dem Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) und den Istwerten für das Brems- Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) und das Bremsenergie-Rückgewinnungs- Moment (B_Md_BEM_ist) ein Bremsen-Moment (B_Md_Brems) für die elektromechanische Bremsanlage berechnet und diese entsprechend ansteuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebesteuergerät (8) mit einem Steuergerät (10) der Elektromaschine (2) und einem Batterie-Management-Steuergerät (11) verbunden ist, wobei über das Batterie-Management-Steuergerät (11) dem Getriebesteuergerät (8) Ist- und Grenzwerte des Beladungszustandes einer Batterie (6) übertragbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie- Management-Steuergerät (11) aus dem aktuellen Ladezustand der Batterie (6) und dem aktuellen Bordnetzverbrauch Grenzwerte für die Beladung der Batterie (6) durch die Elektromaschine (2) ermittelt und an das Steuergerät (10) der Elektromaschine (2) überträgt, wo ein maximales Abbremsmoment der Elektromaschine (2) im Generatorbetrieb berechenbar und an das Getriebesteuergerät (8) übertragbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brems-Energie-Manager (9) im Getriebesteuergerät (8) integriert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (2) über eine lösbare und herstellbare Verbindung (12) mit einer Brennkraftmaschine (1) und die Elektromaschine (2) über eine lösbare und herstellbare Verbindung (13) mit einem Antriebsgetriebe (3) verbunden ist.

6. Verfahren zur Bremsenergie-Rückgewinnung in einem Kraftfahrzeug mit elektromechanischer Bremsanlage, mittels mindestens eines Bremsdrucksensors (4), eines Bremsensteuergerätes (7), eines Getriebe- oder Motorsteuergerätes (8), eines Brems-Energie-Managements (9) und einer als Motor oder Generator umschaltbaren Elektromaschine (2), wobei mittels des Bremsensteuergerätes (7) ein Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) aus den Werten des Bremsdrucksensors (4) ermittelt wird und an das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) übertragen wird, in dem Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) ein Brems-Triebstrangmoment (BMd_TS_ist) ermittelt und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelt wird, das Getriebe- oder Motorsteuergerät (8) eine Differenz aus Gesamtbremsmoment (B_Md_Ges_soll) und dem Brems- Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) bildet und als Sollwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_soll) an den Brems- Energie-Manager (9) übermittelt, der Brems-Energie-Manager einen Istwert für das Bremsenergie-Rückgewinnungs-Moment (B_Md_BEM_ist) ermittelt und an das Bremsensteuergerät (7) übermittelt, das Bremsensteuergerät (7) aus dem Gesamtbremsmoment (M_Md_Ges_soll) und den Istwerten für das Brems- Triebstrangmoment (B_Md_TS_ist) und das Bremsenergie-Rückgewinnungs- Moment (B_Md_BEM_ist) einen Bremsen-Moment (B_Md_Brems) für die elektromechanische Bremsanlage berechnet und diese entsprechend ansteuert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebesteuergerät (8) mit einem Steuergerät (10) der Elektromaschine (2) und einem Batterie-Management-Steuergerät (11) verbunden ist, wobei über das Batterie-Management-Steuergerät (11) dem Getriebesteuergerät (8) Ist- und Grenzwerte des Beladungszustandes einer Batterie (6) übertragen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie- Management-Steuergerät (11) aus dem aktuellen Ladezustand der Batterie (6) und dem aktuellen Bordnetzverbrauch Grenzwerte für die Beladung der Batterie (6) durch die Elektromaschine (2) ermittelt und an das Steuergerät (10) der Elektromaschine (2) überträgt, wo ein maximales Abbremsmoment der Elektromaschine (2) im Gesamtbetrieb berechnet und an das Getriebesteuergerät (8) übertragen wird.