DE102005039788A1

DE102005039788A1 - Verfahren zum Bremsen und Anhalten von Fahrzeugen mit Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102005039788A1
Application number: DE102005039788A
Authority: DE
Inventors: Peter Troy Worrel; Vijay Canton Garg; Dale Livonia Crombez; Raj Canton Prakash
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2006-03-02
Also published as: JP5325370B2; US7698044B2; US20070124052A1; GB2417532A; US20060047400A1; GB0514459D0; JP2006067790A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs beschrieben, dessen Antriebsstrang einen Elektroantrieb (10) aufweist. Der Elektroantrieb (10) wird zur Erzeugung von Bremsdrehmoment verwendet, welches dazu eingesetzt wird, das Fahrzeug bis zu einem vollständigen Anhalten zu verzögern. Die Erzeugung des Bremsdrehmomentes erfolgt unter Einsatz eines geeigneten Drehzahlregelungssystems mit geschlossenem Regelungskreis. Das Verfahren und die Vorrichtung können als Ersatz oder als Ergänzung konventioneller Reibungsbremsen eingesetzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge mit elektrischen Antriebssystemen und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bremsen und Anhalten von Fahrzeugen, bei denen ein elektrisches Antriebssystem eingesetzt wird.

Seit einiger Zeit werden bei der Konstruktion von Fahrzeugen mit Elektro- und/oder Hybridantrieb regenerative Bremssysteme zur Verbesserung der Betriebseffizienz eingesetzt. Während eines Bremsereignisses wird der Elektromotor, der normalerweise ein oder mehrere Antriebsräder antreibt, so umgeschaltet, dass dieser als elektrischer Generator wirkt. Unter Einsatz des Impulsbetrages und der kinetischen Energie des Fahrzeugs erzeugt der elektrische Antriebsmotor Elektrizität, die dazu verwendet werden kann, Energiespeichersysteme an Bord des Fahrzeugs, wie z.B. Batterien und Doppelschichtkondensatoren sowie elektrische Hilfsaggregate und/oder elektrische Bordnebenaggregate wiederaufzuladen.

Insbesondere bei Stadtfahrten, bei denen es in der Regel zu häufigen Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen kommt, eignen sich regenerative Bremssysteme zur Wiedergewinnung von Energie. Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit regenerativem Bremssystem werden typischerweise traditionelle Reibungsbremsen eingesetzt, und zwar gemeinsam mit einem Fahrzeugsteuerungssystem, das den Betrieb der Reibungsbremsen und der regenerativen Bremse koordiniert, um für eine angemessene Bremsfähigkeit zu sorgen und dabei gleichzeitig für den Fahrer duale Bremsoperationen grundsätzlich transparent zu machen. Normalerweise steuert ein solches Steuerungssystem das Drehmoment des Elektromotors, um das regenerative Bremsen solange auszuführen, bis das Fahrzeug auf eine bestimmte Geschwindigkeit verzögert ist, bei der nach und nach die Reibungsbremsen betätigt werden, um das Fahrzeug vollständig zum Stehen zu bringen.

Die vorstehend beschriebene duale Bremsstrategie stellt ggf. für bestimmte Arten von elektrischen Antriebsanordnungen keine optimale Lösung dar und ist für Anordnungen, bei denen ein vollständiger Verzicht auf Reibungsbremselemente angestrebt wird, ungeeignet. So könnten z.B. bei einem zweiachsigen Fahrzeug nur die Räder einer Achse mit Reibungsbremsen ausgestattet sein; in diesem Fall wäre es eindeutig wünschenswert, eine elektrische Einrichtung bereitzustellen, mittels derer die Achse, die nicht mit Reibungsbremsen ausgestattet ist, vollständig abgebremst werden kann. Bei einigen Anordnungen kann es wünschenswert sein, ganz auf Reibungsbremsen zu verzichten, was die Verwendung einer elektronischen Einrichtung erforderlich macht, mit der das Fahrzeug in geeigneter Weise gebremst werden kann. Selbst bei Anordnungen, bei denen alle Räder mit Reibungsbremsen ausgestattet sind, kann es wünschenswert sein, für jede Achse ein reibungsfreies elektrisches Bremsen für den Fall zur Verfügung zu stellen, dass die Reibungsbremsen aus irgendeinem Grund absichtlich oder unabsichtlich außer Kraft gesetzt worden sind.

Dementsprechend wird ein Bremssystem für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebssystem angestrebt, das in der Lage ist, ungeachtet der Anordnung des Motorantriebs, der Achsen und der Räder des Fahrzeugs für ein reibungsfreies Verzögern und ein reibungsfreies Bremsen des Fahrzeugs bei allen Geschwindigkeiten bis hinunter auf die und einschließlich der Geschwindigkeit Null Sorge zu tragen. Mit der vorliegenden Erfindung soll diesem Erfordernis Rechnung getragen werden.

Erfindungsgemäß wird ein System zur Verzögerung und zum Anhalten eines mit einem elektrischen Antriebssystem ausgestatteten Fahrzeugs zur Verfügung ge stellt, das keine Reibungsbremsen benötigt bzw. bei dem das Erfordernis des Vorhandenseins einer Reibungsbremse auf ein einziges Rad reduziert wird. Die Bremsverzögerung des Fahrzeugs wird erreicht, indem der elektrische Antriebsmotor so gesteuert wird, dass dieser ein negatives Drehmoment erzeugt, das auf die Räder übertragen wird, was eine Verzögerung bis hinunter auf und einschließlich Nullgeschwindigkeit ermöglicht. Damit das Fahrzeug auch an Neigungsstrecken die Anhalteposition beibehält, wird der elektrische Antriebsmotor so gesteuert, dass er, abhängig von der Neigungsrichtung, bei Nullgeschwindigkeit eine geringe ausgleichende Menge an positivem oder negativem Drehmoment erzeugt. Überdies kann das System als Sicherheitsbremssystem für Fahrzeuge eingesetzt werden, die mit Reibungsbremsen ausgestattet sind, oder für eine Bereitstellung zusätzlicher Bremsfähigkeit bei Achsanordnungen, die nicht mit Reibungsbremsen ausgestattet sind.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bremssystems besteht darin, dass durch dessen Einsatz die Notwendigkeit eines Einsatzes konventioneller Reibungsbremsen verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Bremssystem unter Einsatz des Drehzahlregelkreises des Elektroantriebs dazu in der Lage ist, eine Verzögerung des Fahrzeug bis hinunter auf und einschließlich Nullgeschwindigkeit herbeizuführen und das Fahrzeug unter unterschiedlichen Fahrbedingungen, wie etwa an einer Neigung, in der Anhalteposition zu halten. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf konventionelle Reibungsbremsen ggf. vollständig verzichtet werden kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, das wenigstens ein von einem Elektromotor angetriebenes Antriebsrad aufweist. Das Bremsen und das Anhalten werden dadurch erreicht, dass ein mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Korrelation stehender Drehzahlparameter und eine angeforderte Bremsrate erfasst werden, und dass unter Verwendung des erfassten Drehzahlparameters und der erfassten angeforderten Bremsrate ein Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal und unter Verwendung des elektrischen Antriebsmotors ein negatives Drehmoment erzeugt werden, und dass unter Verwendung des negativen Dreh moments Bremskräfte auf die Antriebsräder übertragen werden, und dass der von dem elektrischen Antriebsmotor unter Verwendung des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals erzeugte Betrag an negativem Drehmoment so gesteuert wird, dass die angeforderte Bremsrate erreicht wird. Das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal kann ein Drehmomentbefehlssignal, ein Drehzahlbefehlssignal oder eine Kombination dieser beiden Signale enthalten. Das Drehmomentbefehlssignal kann dazu verwendet werden, den Motor solange zu steuern, bis das Fahrzeug auf eine zuvor gewählte Geschwindigkeit verzögert ist, wonach ein Drehzahlsteuersignal zur Motorsteuerung verwendet wird. Das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal basiert auf Drehmomentbefehlen, die durch die Position des Bremspedals und des Fahrpedals des Fahrzeugs bestimmt werden. Bei dem erfassten Drehzahlparameter kann es sich entweder um die Drehzahl des Antriebsmotors, um die Drehzahl mindestens eines Rades des Fahrzeugs oder um eine Kombination dieser erfassten Drehzahlen handeln.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, das durch einen Elektromotor, der mindestens ein Antriebsrad antreibt, mit Energie versorgt wird. Das System weist einen Drehzahlregelkreis mit geschlossener Regelschleife auf, dessen Drehzahlsollwert ein Nullgeschwindigkeitssignal ist. Ein Merkmal dieses Regelsystems ist die Modifikation seines Regelsignals (Drehmomentsollwert für den Elektroantrieb) durch ein bipolares Drehmomentbegrenzungssignalpaar. Das Begrenzungssignalpaar wird direkt von einem Drehmomentbefehl hergeleitet, den ein Fahrzeugsystemsteuergerät (vehicle system controller) auf der Grundlage der als Eingangsgrößen verwendeten Positionen des Fahrpedals und des Bremspedals errechnet. Der Drehmomentbefehl des Fahrzeugsystemsteuergeräts kann für das Fahren und Verzögern bei höheren Geschwindigkeiten verwendet werden, während der drehmomentbegrenzte geschlossene Drehzahlregelkreis dazu verwendet wird, das Fahrzeug zum Anhalten zu bringen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein beispielhaftes Blockdiagramm eines elektrischen Antriebssystems für ein Fahrzeug;
2 einen Graph, der das Bremsdrehmoment als Funktion der Drehzahl darstellt, und zwar erzeugt in einem Fahrzeug, das mit einer Kombination aus elektrischen und Reibungsbremssystemen ausgestattet ist;
3 einen Graph, der das angeforderte Drehmoment und das tatsächliche Bremsdrehmoment des Elektroantriebs als Funktion der Drehzahl darstellt, und zwar in einem Fahrzeug, das mit dem elektrischen Bremssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
4 einen Graph des gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten tatsächlichen Bremsdrehmoments des Elektroantriebs als Funktion der Drehzahl;
5 einen Graph, der das gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugte tatsächliche Bremsdrehmoment des Elektroantriebs als Funktion der Drehzahl darstellt;
6 ein Blockdiagramm eines Systems zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb, wobei das System gemäß der vorliegenden Erfindung eine Drehmomentbegrenzung mittels bipolarer Signale und einen Drehzahlregelkreis aufweist;
7 ein Blockdiagramm eines Systems zur Ermittlung der gemittelten Motordrehzahl, und
8 ein Blockdiagramm eines gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzten Drehzahlregelkreises mit einem ineinandergeschachtelten Drehmomentregelkreis.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verzögern, Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs, das mit einem einen Elektromotor aufweisenden elektrischen Antriebssystem ausgestattet ist. 1 zeigt ein typisches elektrisches Antriebssystem 10. Ein am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigter Elektromotor 12 besitzt eine Abtriebswelle 14, die durch ein Differentialgetriebe 16 mit einer Antriebsachse 18 verbunden ist, auf der ein oder mehrere Antriebsräder 20 angebracht sind. Der Elektromotor 12 bezieht seine Energie von einer an Bord des Fahrzeugs befindlichen Speicherbatterie 22, die Gleichstrom zur Verfügung stellt, der von einem Wechselrichter 24 in Wechselstrom umgewandelt wird, mit dem der Motor 12 angetrieben wird. Obwohl hier ein Wechselstrommotor 12 dargestellt ist, sei darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung zur Verwendung für eine Vielzahl unterschiedlicher Gleichstrom- und Mehrphasen-Wechselstrommotoren eignet. Ein Fahrzeugsteuerungssystem 26 koordiniert und steuert den Betrieb der Energiespeicher- und Antriebskomponenten und verwaltet Systemfunktionen, wie z.B. Aufladen, Anlassen und Abstellen des Motors und regeneratives Bremsen. Das Fahrzeugsteuerungssystem 26 kann jede beliebige von mehreren unterschiedlichen bekannten Steuerstrategien anwenden, und zwar unter Verwendung sowohl von Softwareprogrammen und Eingabeinformationen, die von mehreren verschiedenen Bordsensoren 28 abgeleitet werden, als auch unter Verwendung von Informationen über die Positionen des Fahrpedals und des Bremspedals 30. Es sei darauf verwiesen, dass, obwohl ein Antriebssystem 10 dargestellt ist, bei dem nur ein einzelner Motor 12 verwendet wird, die vorliegende Erfindung auch bei Antriebssystemen eingesetzt werden kann, die mehrere Elektromotoren, verschiedene Kraftstoffquellen und Hybridkonfigurationen unter Einsatz wenigstens eines Elektromotors verwenden. Überdies kann der Motor 12 auch die Form eines Radmotors haben, der direkt in ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs integriert ist. Der Einfachheit halber bezeichnet in der Beschreibung und in den Ansprüchen der Erfindung ein auf ein Rad angewandtes "negatives Drehmoment" ein Drehmoment, das der Bewegung des Fahrzeugs entgegenge setzt ist, während mit einem auf das Rad angewandten positiven Drehmoment ein Drehmoment bezeichnet wird, das die Bewegung des Fahrzeugs unterstützt.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 26 kann an den Elektromotor 12 entweder einen Drehmomentbefehl oder einen Drehzahlbefehl ausgeben, wobei die Polarität und Größe der Befehle auf den Positionen des Fahrpedals und des Bremspedals 30 basieren. Der Drehmomentbefehl kann sowohl in der Schalthebelstellung Vorwärts als auch Rückwärts hinsichtlich der gewünschten Fahrtrichtung entweder positiv oder negativ sein; wie dem Fachmann bekannt, führt ein positiver Befehl zu einem Traktionsdrehmoment, während ein negativer Befehl zu einem Brems- oder Verzögerungsdrehmoment führt. Die Einzelheiten der Erzeugung sowohl von Drehmoment- als auch von Drehzahlbefehlen als Funktion der Pedalpositionen hängen jeweils von der besonderen Fahrzeugausgestaltung ab und basieren auf einer beliebigen von verschiedenen Steuerstrategien, die in der Technik allgemein bekannt sind. Ein von dem Steuerungssystem 26 erzeugter Drehmoment- oder Drehzahlbefehl wird an den Wechselrichter 24 übertragen, der den Elektromotor 12 dazu veranlasst, ein positives Drehmoment zu erzeugen, das von der angetriebenen Achse 18 auf die Antriebsräder 20 übertragen wird. Basierend auf der Position des Fahr- und des Bremspedals 30, schaltet das Steuerungssystem 26 den Motor 12 in seine regenerative Betriebsart um, in welcher der Motor 12 als elektrischer Generator wirkt, indem er die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt, die zum Wiederaufladen der Batterie 22 verwendet wird. Während des regenerativen Bremsens erzeugt der Motor 12 ein negatives Drehmoment.
Das Verhältnis zwischen dem vom Motor 12 erzeugten negativen Drehmoment und dem von den Reibungsbremsen erzeugten lässt sich unter Hinweis auf 2 besser verstehen, in der sowohl das Drehmoment des Motors 12 als auch das Drehmoment der Reibungsbremse als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit graphisch dargestellt sind. Der Plot von 2 entspricht einem typischen Fahrzeug, bei dem, zusätzlich zu regenerativem Bremsen, das von wenigstens einem im Fahrzeug befindlichen elektrischen Antriebsmotor bereitgestellt wird, an mindestens einem Rad Reibungsbremsen eingesetzt werden. Das Bremsdrehmoment nimmt in drei unterschiedlichen Bereichen, die als Bereich 1, Bereich 2 bzw. Be reich 3 bezeichnet sind, unterschiedliche Ausprägungsformen an. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, dargestellt in Bereich 1, zieht regeneratives Bremsen einen Drehmomentbefehl des Elektroantriebs 32 nach sich, der solange andauert, bis das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit abgebremst ist, bei der Reibungsbremsen eingesetzt werden, um am Beginn von Bereich 2 ein Reibungsbremsdrehmoment 34 zu erzeugen. In dem Maße wie das Reibungsbremsdrehmoment 34 zunimmt, wird der Drehmomentbefehl des Elektroantriebs 32 heruntergefahren, bis Bereich 3 erreicht ist, in dem das Bremsdrehmoment ausschließlich von den Reibungsbremsen stammt. In Bereich 3 hat das Reibungsbremsendrehmoment 34 einen konstanten Wert, und das von dem Drehmomentbefehl 32 erzeugte Drehmoment des Elektroantriebs ist gleich Null.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verzögerung des Fahrzeugs bis hinunter auf und einschließlich Nullgeschwindigkeit (vollständiges Anhalten) durch Wirkung negativen, vom Motor 12 erzeugten Drehmoments erreicht, und zwar ohne Einsatz von Bremsdrehmoment, das von den Reibungsbremsen zur Verfügung gestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übermittelt das Fahrzeugsteuerungssystem 26 Signale an den Motor 12, die den Befehl zum Erzeugen negativen Drehmoments 32 ausgeben, was, wie in 3 dargestellt, zu einer Verringerung der Drehzahl auf eine zuvor gewählte Drehzahl führt, von der aus das negative Drehmoment dann auf Null heruntergefahren wird. Das tatsächliche Drehmoment des Elektroantriebs, das von dem Drehmomentbefehlssignal 32 erzeugt wird, ist mit der Bezugsziffer 36 bezeichnet und folgt, wie ersichtlich, eng der von dem Drehmomentbefehlssignal 32 erzeugten Drehmomentbefehlskurve. Somit wird bei Verwendung dieses ersten Verfahrens nur Drehmomentsteuerung eingesetzt, um das Fahrzeug zu verzögern und anzuhalten. Dieses Verfahren ist dann geeignet, wenn das Fahrzeug im Wesentlichen auf ebener Fahrbahn betrieben wird. Ändert sich die Neigung der Fahrbahn, so dass eine Steigung oder ein Gefälle vorhanden ist, so kann es sein, dass das Fahrzeug, nachdem es nahezu zum Anhalten gekommen ist, weiterhin eine leichte Bewegung ausführt. In dieser Situation reagiert das System auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und bewirkt eine Verzögerung; allerdings lässt sich ein vollständiges Anhalten auf Nullgeschwindigkeit mit diesem Verfahren unter Umständen nicht erreichen, wenn die Fahrbahn eine Neigung aufweist. Daher kann es bei Verwendung dieses Verfahrens erforderlich sein, die Feststellbremsen des Fahrzeugs zu betätigen, und zwar entweder von Hand oder automatisch durch elektronische Steuerungen, um zu gewährleisten, dass das Fahrzeug in der Anhalteposition gehalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Motor 12 unter Einsatz des oben beschriebenen Drehmomentsteuerungsmodus dazu verwendet, bis zum Erreichen einer zuvor gewählten Geschwindigkeit negatives Drehmoment zu erzeugen, wobei der Motor 12 anschließend in den Drehzahlregelungsmodus geschaltet wird, in welchem der Drehzahlbefehl auf Null oder auf einen anderen Befehl lautet, der durch die Fahrpedal- und Bremspedalpositionseingangssignale 30 bestimmt wird. 4 ist ein Graph, in welchem zur besseren Veranschaulichung des zweiten Verfahrens die Drehzahl im Verhältnis zum Drehmoment dargestellt ist. Wie ersichtlich, ist bei höheren Drehzahlen, bei denen der Drehmomentsteuerungsmodus eingesetzt wird, das tatsächliche Drehmoment des Elektroantriebs 52 bis hinunter zu einer zuvor gewählten Drehzahl, bei welcher die Steuerart auf den Drehzahlregelungsmodus 58 umgeschaltet wird, relativ konstant. Die Drehzahlregelung führt dazu, dass das Drehmoment des Elektroantriebs 52 von einem Eckwert 54 auf Nullgeschwindigkeit heruntergefahren wird, bei der das Fahrzeug vollständig zum Halten kommt. Mittels dieses Verfahrens kann die Position in geeigneter Weise gehalten werden, wenn das Fahrzeug an einer Neigung (Ansteigen der Fahrbahn bzw. Änderung der Fahrbahnneigung) anhält, da bei einer Geschwindigkeit nahe der Nullgeschwindigkeit ein zur Umsetzung des Verfahrens verwendeter Drehzahlregelkreis ausreichend Drehmoment erzeugt, um die Neigung auszugleichen.
Falls gewünscht, kann der Motor 12 während des gesamten Verzögerungs- und Anhaltevorgangs unter Verwendung eines Nullgeschwindigkeits- bzw. Nulldrehzahlbefehls oder eines anderen Drehzahlbefehls, der auf der Position der Pedale 30 basiert, in einem Drehzahlregelungsmodus betrieben werden. 5 zeigt einen Graph, der das tatsächliche Drehmoment des Elektroantriebs 60 während des Verzögerungs- und Anhaltevorgangs bei ausschließlichem Einsatz der Drehzahlregelungsbetriebsart darstellt. Wie ersichtlich verläuft in dem Maße, wie die Drehzahl abnimmt, die Kurve des tatsächlichen negativen Drehmoments 60 bei der Verringerung des Drehmoments umso gradueller. Darüber hinaus wird deutlich, dass das tatsächliche Drehmoment 60 bei Nullgeschwindigkeit leicht positiv wird. Dieses leicht positive Drehmoment bei Nullgeschwindigkeit entspricht einer Situation, in der sich das Fahrzeug auf einer leicht positiven oder aufwärts gerichteten Neigung befindet. Das geringe Maß restlichen positiven Drehmoments hält das Fahrzeug in seiner Anhalteposition und gleicht die Neigung aus. In gleicher Weise wird, wenn das Fahrzeug an einer abwärts gerichteten Neigung zum Stehen kommt, bei Nullgeschwindigkeit ein geringes Maß negativen Drehmoments eingesetzt, um die Position des Fahrzeugs auf dem Gefälle zu halten.
Bei einigen Einsatzzwecken und Fahrzeuganordnungen ist es unter Umständen nicht zweckmäßig, Fahrpedal- und Bremspedaleingangssignale 30 in einen Drehzahlbefehl umzusetzen. Um für diesen Fall eine Lösung zu bieten, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine weitere Ausführungsform bereitgestellt, die in dem Blockdiagramm von 6 veranschaulicht wird. Fahrpedal- und Bremspedalpositionen 62, 64 werden durch einen Drehmomentbefehlserzeuger 66 in Drehmomentbefehle umgesetzt; diese Drehmomentbefehle können je nach den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs entweder negativ oder positiv sein. Die Drehmomentbefehle werden von einem bipolaren Signalerzeuger 68, der als ein bipolarer Drehmomentbegrenzer eingesetzt wird, in ein bipolares Signal (zwei Zustände – Zustand 1 oder Zustand 2) umgesetzt, mit entweder positiven oder negativen Grenzwerten 70, 72, um das mit 74 bezeichnete Drehmomentbefehlssignal, das zur Steuerung des Elektroantriebs 10 verwendet wird, im Weiteren zu regeln.
Der Drehzahlregelkreis weist einen dynamischen Kompensator 38 auf, der, nachdem er den Grenzwerten 70, 72 unterworfen wurde, ein Drehmomentbefehlssignal 74 an den Elektroantrieb 10 ausgibt. Der Elektroantrieb erzeugt ein Drehmoment 50 und eine Motordrehzahl 48. Die Motordrehzahl 48 wird in eine Rückkopplungsschleife 46 eingegeben, in welcher die Motordrehzahl 48 bei 40 mit dem Motordrehzahlbefehl (normalerweise Nullgeschwindigkeit) verglichen wird und die Ab weichungsinformation in den dynamischen Kompensator 38 eingegeben wird. Das Ausgangssignal des dynamischen Kompensators 38 ist das Drehmomentbefehlssignal 74, das den Grenzwerten 70, 72 unterworfen ist und daher begrenzt sein kann. Das resultierende Drehmomentbefehlssignal ist das Drehmomentbefehlssignal, das schließlich für die Regelung des Elektroantriebs 10 verwendet wird. Eine Funktion der Drehzahlregelschleife besteht darin, den Drehmomentbefehl des Elektroantriebs zu erzeugen, dessen Funktion darin besteht, die Drehzahl des Motors 12 mittels eines geschlossenen Regelkreises auf Null zu verringern. Wie oben angemerkt, wirkt die Drehzahlregelschleife (entsprechend der Traktion) so, dass das Drehmoment bei Null- oder Nahe-Nullgeschwindigkeit stets positiv ist, wenn eine Steigung der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs entgegensteht, und stets negativ, wenn ein Gefälle die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs begünstigt. Wie aus 6 ersichtlich, ist die Drehmomentregelschleife in die Drehzahlregelschleife verschachtelt, wobei die Motordrehzahl 48 in die Schleife 46 eingegeben wird, um mit der angeforderten Motordrehzahl überlagert zu werden. Die angeforderte Motordrehzahl ist die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert mit einem geeigneten auf das Getriebe 16 bezogenen Zähnezahlverhältnis (1). Die Anfangsbedingung des dynamischen Kompensators 38 sollte auf den Drehmomentbefehlswert gesetzt werden, der zu dem Zeitpunkt besteht, der dem Übergang von Drehmomentsteuerung auf Drehzahlsteuerung vorausgeht. Hier sollte beachtet werden: Wenn das Bremspedal nicht genügend weit heruntergedrückt wird, wird nur eine geringe Drehmomentbegrenzung auferlegt, und das erzeugte Drehmoment des Elektroantriebs ist unter Umständen nicht ausreichend, eine Motordrehzahl und eine Fahrzeuggeschwindigkeit von Null zu bewirken. In diesem Fall wird der Fahrer das Bremspedal weiter herunterdrücken, um Nullgeschwindigkeit herbeizuführen. In ähnlicher Weise muss der Fahrer, wenn das Fahrzeug an einer steilen Steigung zum Anhalten gebracht wird, unter Umständen die Bremse ausreichend und möglicherweise bis zum Anschlag herunterdrücken, um ein vollständiges Anhalten des Fahrzeugs zu erreichen und/oder beizubehalten. Wenn der Drehmomentbefehl, so wie dieser von der Pedalauswertungseinheit ausgegeben wird, das Vorzeichen wechselt, wird die Drehzahlregelschleife verlassen. Es sollte hier beachtet werden: Wenn der Fahrer die Bremse nicht weit genug herunterdrückt und die oben beschriebene Drehmoment begrenzende Funktion nicht eingesetzt wird, kann das Fahrzeug an einer Neigung nur durch die Verwendung der Drehzahlregelfunktion in der Anhalteposition gehalten werden. Mit anderen Worten, wenn dem Drehmomentbefehlssignal 74 des in 6 dargestellten Regelschleifensystems nicht den Grenzwerten 70, 72 unterliegt, wäre das System in der Lage an einer Neigung Nullgeschwindigkeit zu erreichen und beizubehalten, obwohl das Bremspedal nicht ausreichend heruntergedrückt ist.
Ferner sollte beachtet werden, dass bei allen vorstehend beschriebenen Steuer- und Regelverfahren bei niedrigen Geschwindigkeiten regeneratives Bremsen nicht erfolgen kann, obwohl das Vorzeichen des Drehmoments des Elektroantriebs negativ ist. Aufgrund gewisser vorgegebener Verluste im Antriebssystem liefert die Batterie bei Geschwindigkeiten nahe Null Energie, obwohl das erzeugte Drehmoment negativ ist. Darüber hinaus ist aufgrund der Funktion der Drehzahlregelschleife das Drehmoment bei Null- und Nahe-Nullgeschwindigkeiten stets positiv (entsprechend der Traktion) wenn eine Steigung der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs entgegensteht, und stets negativ, wenn ein Gefälle die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs begünstigt.
Je nach Ausgestaltung des Fahrzeugs und des Elektroantriebs können bei Fahrzeuggeschwindigkeiten nahe Null einige kleine Ungenauigkeiten des Motordrehzahlsignals auftreten. Dies kann zum Teil durch Rausch- und Quantisierungseffekte aufgrund des Betriebs von Motordrehzahl-Kode-Umsetzern verursacht sein. Bei einigen Anwendungen kann es daher wünschenswert sein, die Motordrehzahlerfassung zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist in 7 ein Verfahren gezeigt, mit dem sich die Genauigkeit der Drehzahlerfassung verbessern lässt. Mehrere Raddrehzahlfühler (wheel speed sensors = WSS#1 bis WSS#4) werden in Kombination mit einem Motordrehzahlfühler 84 eingesetzt, um zu einem Drehzahlsignal zu gelangen, das für das Regelungsverfahren verwendet wird. Bei 76 werden die Informationen der Raddrehzahlfühler zusammengeführt, und es wird ein Mittelwert gebildet, der bei 78 mit einem Skalierungsfaktor multipliziert wird, der in Korrelation zu dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 12 und den Rädern 20 steht. Der durch die Mittelwertbildung und Skalierung der Raddrehzahlinformationen gewonnene Wert wird bei 80 zu der Motordrehzahl 84 hin zuaddiert und anschließend bei Block 82 mit einem Faktor von 0,2 multipliziert. Da der daraus resultierende Motordrehzahlwert eine höhere Genauigkeit hat, wird er als Signal in die Rückkopplungsschleife 46 eingegeben (6).
8 zeigt eine vereinfachte Drehzahlregelschleife mit verschachteltem Drehmomentsteuerungssystem. In dieser Ausführungsform ist die Drehmomentregelschleife eine Schleife innerhalb der Drehzahlregelschleife, und die Motordrehzahl wird als das Rückkopplungssignal gemessen und verwendet. Die angeforderte Motordrehzahl ist die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert mit dem geeigneten Übersetzungsverhältnis. Das oben dargestellte und in 7 gezeigte Verfahren kann zum Herbeiführen von Motordrehzahl auch in den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, bei denen die in 8 dargestellte Drehzahlregelschleife verwendet wird.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass ein neues Verfahren zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs mit mindestens einem Antriebsradbereit gestellt wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Korrelation stehenden Drehzahlparameters, Erfassen einer angeforderten Bremsrate, Erzeugen eines Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals unter Verwendung des erfassten Drehzahlparameters und der erfassten angeforderten Bremsrate, Erzeugen eines negativen Drehmoments unter Einsatz des elektrischen Antriebsmotors, Übertragen einer Bremskraft auf das Antriebsrad unter Einsatz des negativen Drehmoments und Steuern der unter Verwendung der Motorsteuer- bzw. Motorregelsignale von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugten Menge an negativem Drehmoment, um die angeforderte Bremsrate zu erreichen. Das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal kann ein Leistungsbefehlssignal oder ein Kraft- bzw. Momentbefehlssignal sein.
Es versteht sich, dass die hier beschriebenen spezifischen Verfahren und Technologien lediglich zur Veranschaulichung von Anwendungsmöglichkeiten der Grundsätze der Erfindung dienen. Ist zum Beispiel die Fähigkeit des Motors zur Drehmomenterzeugung begrenzt, so kann das vorliegende Verfahren in Kombination mit Reibungsbremsen eingesetzt werden, die normal oder kleiner als normal di mensioniert sein können. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch eingesetzt werden ohne die Reibungsbremsen an mindestens einem Rad zu eliminieren.

Claims

Verfahren zum Bremsen und Anhalten eines Fahrzeugs mit wenigstens einem von einem Elektromotor (12) angetriebenen Antriebsrad mit folgenden Schritten: Erfassen eines in Korrelation zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs stehenden Drehzahlparameters; Erfassen einer angeforderten Bremsrate; Erzeugen eines Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals, um einen gewünschten Bremsvorgang herbeizuführen; Erzeugen eines negativen Drehmoments unter Einsatz des Elektromotors (12); Aufbringen einer Bremskraft auf das Antriebsrad (20) unter Einsatz des von dem Elektromotor (12) erzeugten negativen Drehmoments und Steuern der Stärke des von dem Elektromotor (12) erzeugten negativen Drehmoments unter Einsatz des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals, um die angeforderte Bremsrate herbeizuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal ein Drehmomentbefehlssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal ein Drehzahlbefehlssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal ein Leistungsbefehlssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal ein Kraft- bzw. Momentbefehlssignal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuer- bzw. Motorregelsignal unter Verwendung des erfassten Drehzahlparameters und der angeforderten Bremsrate erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anwendens von Bremskraft solange fortgesetzt wird, bis das Fahrzeug zum Anhalten gebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals beinhaltet: Erzeugen eines Drehmomentbefehlssignals, das solange zum Steuern des Motors verwendet wird, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine zuvor gewählte Geschwindigkeit verzögert ist, und Erzeugen eines Drehzahlregelsignals, das dazu verwendet wird, den Motor zu regeln, nachdem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die zuvor gewählte Geschwindigkeit verzögert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anwendens von Bremskraft solange fortgesetzt wird, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bis zu einem Anhalten verzögert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals das Erzeugen eines Drehmomentsteuersignals beinhaltet, das auf den Positionen (62; 64) des Fahrpedals und des Bremspedals des Fahrzeugs basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals beinhaltet: Erzeugen eines negativen Drehmomentsteuersignals, das dazu verwendet wird, den Betrag an von dem Elektromotor (12) erzeugten negativem Drehmoment zu steuern, bis der erfasste Drehzahlparameter einen zuvor gewählten Wert erreicht, und anschließendes Erzeugen eines Drehzahlregelsignals, das dazu verwendet wird, die Drehzahl des Elektromotors (12) zu regeln, nachdem die erfasste Drehzahl den zuvor gewählten Wert erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens des Drehzahlparameters beinhaltet: Erfassen der Drehzahl des Motors (12), und Erfassen der Drehzahl mindestens eines Rades des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der angeforderten Bremsrate das Erfassen eines Parameters beinhaltet, der mit dem Betrieb des Bremspedals in Korrelation steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals beinhaltet: Erzeugen eines Drehmomentbefehlssignals, Erzeugen eines Drehzahlbefehlssignals, Modifizieren des Drehzahlbefehlssignals unter Verwendung des Drehmomentbefehlssignals.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens des Drehzahlparameters das Erzeugen eines Motordrehzahlsignals beinhaltet, das die Drehzahl des elektrischen Motors (12) darstellt und der Schritt des Erzeugens des Motorsteuer- bzw. Motorregelsignals die Eingabe des Motordrehzahlsignals in eine Motorregelschleife (46) und das Regeln des Motors unter Verwendung des Rückkopplungssignals und des modifizierten Drehzahlbefehlssignals beinhaltet.