DE102006046093A1

DE102006046093A1 - Bremssystem und Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102006046093A1
Application number: DE102006046093A
Authority: DE
Inventors: Bastian Dr.Ing. Witte
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: DE102006046093B4; US8548707B2; CN101522487B; CN101522487A; US20100138117A1; WO2008037347A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem sowie ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs (1) mit einem Hybridantrieb (6), bei dem mindestens ein Rad (4), vorzugsweise mindestens die Räder (4) einer Achse (5), mit einer regenerativen Bremse und mit einer Betriebsbremse (20) bremsbar sind. Das Bremssystem umfasst eine Fahrstabilitätssteuerung (15), die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreibende Zustandsgrößen ermittelt, für die Schwellwerte und/oder Schwellwertkombinationen existieren. Die Fahrstabilitätssteuerung (15) ist so ausgebildet, dass bei einem Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten eines der Schwellwerte oder einer der Schwellwertkombinationen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung bewirkt wird. Anhand der von der Fahrstabilitätssteuerung (15) ermittelten Zustandsgrößen wird eine vorgegebene maximale regenerative Bremskraft bestimmt und die regenerative Bremse so gesteuert, dass eine auf das mindestens eine Rad (4) ausgeübte regenerative Bremskraft die bestimmte vorgegebene maximale regenerative Bremskraft nicht überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, bei dem mindestens ein Rad, vorzugsweise mindestens die Räder einer Achse, mit einer regenerativen Bremse und mit einer Betriebsbremse bremsbar sind, wobei eine Fahrstabilitätssteuerung vorgesehen ist, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreibende Zustandsgrößen ermittelt, für die Schwellenwerte und/oder Schwellenwertkombinationen existieren, wobei die Fahrstabilitätssteuerung ausgebildet ist, bei einem Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten eines der Schwellenwerte oder einer der Schwellenwertkombinationen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung zu bewirken. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bremssystems.
Ein Hybridantrieb eines Fahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug mindestens zwei unterschiedliche Antriebsmaschinen umfasst. Heutzutage umfassen Hybridantriebe in der Regel eine Verbrennungsmaschine sowie eine elektrische Maschine. Der Vorteil eines Hybridantriebs liegt darin, dass ein Antrieb des Fahrzeugs in unterschiedlichen Fahrsituationen mit den unterschiedlichen Antriebsmaschinen erfolgen kann. Hierdurch ist eine Energieeinsparung möglich. Dieses wird noch dadurch gesteigert, dass die elektrische Maschine zur Rekuperation von Energie genutzt werden kann, die bei einem Verzögern des Fahrzeugs freigesetzt wird. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine als elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom eingesetzt wird. Dieser elektrische Strom wird genutzt, um einen elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Die im elektrischen Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie kann anschließend verwendet werden, um die elektrische Maschine und hierüber das Fahrzeug anzutreiben. Eine als Generator betreibbare elektrische Maschine stellt somit eine regenerative Bremse dar. Zusätzlich verfügen Kraftfahrzeuge über so genannte Betriebsbremsen, die in der Regel hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch usw. betrieben werden.
Grundsätzlich ist es wünschenswert, beim Bremsen eine möglichst große regenerative Bremskraft einzusetzen, um möglichst viel Energie bei einer Verzögerung des Fahrzeugs zu gewinnen. Dies führt jedoch dazu, dass eine Bremskraftverteilung zwischen den einzelnen Achsen des Fahrzeugs in der Regel von einer optimalen Bremskraftverteilung abweicht, die für eine optimale Fahrstabilität des Fahrzeugs zu wählen wäre. Dies bedeutet, dass das mindestens eine Rad oder die Räder der mindestens einen Achse, die regenerativ gebremst werden, in der Regel gegenüber einer Bremskraftverteilung, die für eine Fahrstabilität optimal wäre, überbremst sind. Ist die regenerative Bremse beispielsweise mit den Vorderrädern eines Fahrzeugs verbunden, so neigt das Fahrzeug aufgrund eines Überbremsens der Vorderräder zum Untersteuern. Sind hingegen die Räder einer Hinterachse regenerativ gebremst und somit häufig überbremst, so neigt das Fahrzeug zum Übersteuern.
Bei Fahrzeugen, die nicht mit einer regenerativen Bremse ausgerüstet sind, ist es bekannt, eine Fahrstabilitätssteuerung vorzusehen, die Zustandsgrößen ermittelt und überwacht, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreiben, beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung usw. Für die einzelnen Zustandsgrößen oder eine Kombination von Zustandsgrößen existieren Schwellenwerte. Wird einer dieser Schwellenwerte erreicht, so wird von der Fahrstabilitätssteuerung mittels der Betriebsbremsen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung bewirkt. Dies bedeutet, dass die Bremskraftverteilung zwischen den einzelnen Rädern, d.h. eine Bremsmomentverteilung, so geändert wird, dass die Fahrstabilität des Fahrzeugs positiv beeinflusst wird.
Aus DE 103 27 502 A1 ist eine Regelung für eine Nutzbremsung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Regelungssystem der Gierstabilität, eine Fähigkeit zur Bereitstellung eines regenerativen Bremsmoments auf Räder von mindestens einer Achse, nicht regenerative Bremsen, die mit den Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind, ein Regler und ein in dem Regler verwirklichtes Regelungssystem zur Steuerung des Reglers, bekannt, um regeneratives Bremsen und nicht regeneratives Bremsen beim Betrieb des Regelungssystems der Gierstabilität zu regeln. Das System ist so ausgebildet, dass es die Fähigkeit besitzt, ein Eingangssignal von einem Gierstabilitätsregelungssystem zu empfangen, das aktuelle Bremsgleichgewicht mit einem gewünschten Bremsgleichgewicht zu vergleichen, zu bestimmen, ob die Vorderräder oder Hinterräder im Vergleich zum gewünschten Bremsgleichgewicht überbremst sind und die regenerative Bremsgröße und nicht regenerative Bremsgröße einzustellen. Mit Hilfe des Gierstabilitätsregelungssystems wird festgestellt, ob ein Zustand des Untersteuerns oder des Übersteuerns vorliegt. Die Anpassung der regenerativen Bremskraft erfolgt somit in Abhängigkeit von dem Auftreten einer Fahrinstabilität, die ein Übersteuern oder ein Untersteuern ist.
Aus der US 5,318,355 ist ein Fahrzeug mit regenerativen Bremsen bekannt, bei dem zwischen einer bevorzugten regenerativen Bremsart und einer normalen Bremsart so umgeschaltet werden kann, dass eine Gesamtbremskraft aller Räder konstant bleibt. Bei der bevorzugten regenerativen Betriebsart sind die Räder, die regenerativ gebremst werden, gegenüber einer theoretischen Bremskraftverteilung überbremst. In der Normalbetriebsart entspricht die Bremskraftverteilung der theoretischen Bremskraftverteilung. Eine Umschaltung zwischen den Betriebsarten erfolgt mittels einer Steuerung, beispielsweise wenn ein Steuerwinkel und eine Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr geringer als vorbestimmte Werte sind. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist ein regeneratives Bremsen bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs nicht möglich.
Aus der DE 198 42 472 A1 ist ein Bremssystem für ein Motorfahrzeug mit einer Vielzahl von Rädern einschließlich wenigstens eines Antriebsrads mit: einer Reibungsbremsvorrichtung zum Drücken eines Reibungsteils auf einem mit den Rädern rotierenden Rotor, um dadurch ein Reibbremsdrehmoment jedem Rad aufzubringen; einer regenerativen Bremsvorrichtung, welche wenigstens einen Elektromotor enthält, welcher mit dem wenigstens einen Antriebsrad verbunden ist, um ein regeneratives Bremsmoment dem wenigstens einen Antriebsrad aufzubringen und einer Gesamtbremsdrehmomentsteuerungseinrichtung zur Steuerung eines Gesamtbremsdrehmoments, welches wenigstens das regenerative Bremsdrehmoment oder das Reibungsbremsdrehmoment beinhaltet, welche jedem der in der Mehrzahl vorkommenden Räder aufgebracht wird, wobei die Gesamtbremsdrehmomentsteuerungseinrichtung arbeitet, wenn das Gesamtbremsdrehmoment, welches wenigstens einem der in der Mehrzahl vorkommenden Räder aufgebracht wird, eine obere Grenze entsprechend einem Reibungskoeffizienten einer Straßenfläche überschreitet, auf welchem das Motorfahrzeug fährt, zum auf null Bringen des regenerativen Bremsmoments, jedes der in der Mehrzahl vorkommenden Räder, von denen wenigstens eines vorhanden ist, und zum Steuern des Reibungsbremsdrehmoments jedes der Räder, von denen wenigstens eins vorhanden ist, während ein Einfluss des auf null Bringens des regenerativen Bremsdrehmoments reduziert wird. Überschreitet somit das Bremsdrehmoment, welches auf eines der Räder angewandt wird, eine obere Grenze, die abhängig von einem Reibungskoeffizienten der Straße ist, so wird das regenerative Bremsmoment auf Null geregelt. Das aus der DE 198 42 472 A1 bekannte Fahrzeug umfasst somit eine Regelanlage, die regenerative Bremsen in ein Antiblockiersystem zu integrieren versucht.
Aus der DE 199 12 425 A1 ist eine kombinierte Kraftfahrzeug-Bremsvorrichtung mit einer Reibmittelbremse und einer elektrischen Maschinenbremse, insbesondere in Form eines Startergenerators, bekannt. Zur Erhöhung des Bedienkomforts bei gleichzeitiger Überlastungsvermeidung einer aus der elektrischen Maschinenbremse in den Generatorbetrieb speisbaren Fahrzeugbatterie ist einem Bremsbetätigungsorgan, insbesondere einem Fußbremspedal, eine Steuerung zur selbsttätigen Verteilung der jeweiligen Bremslast zwischen der Reibmittelbremse und der elektrischen Maschinenbremse vorgesehen. Eine Bremslastverteilung zwischen der elektrischen Maschinenbremse und der Reibmittelbremse kann in Abhängigkeit von einem Ladezustand der Fahrzeugbatterie gewählt werden.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen ist nicht sichergestellt, dass ein Eintreten eines instabilen Fahrzustands vermieden wird und zugleich in jedem Betriebszustand eine größtmögliche regenerative Bremsung und somit Energierückgewinnung stattfindet.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb sowie ein Verfahren zum Bremsen eines solchen Fahrzeugs zu schaffen, mit denen kritische Fahrzustände hinsichtlich einer Fahrzeugstabilität vermieden werden und zugleich eine möglichst hohe regenerative Energie beim Bremsen gewonnen wird.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Bremsen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Lösung der technischen Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb vorgeschlagen, bei dem mindestens ein Rad, vorzugsweise mindestens die Räder einer Achse, mit einer regenerativen Bremse und mit einer Betriebsbremse bremsbar sind, wobei eine Fahrstabilitätssteuerung vorgesehen ist, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreibende Zustandsgrößen ermittelt, für die Schwellenwerte und/oder Schwellenwertkombinationen existieren, wobei die Fahrstabilitätssteuerung ausgebildet, bei einem Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten eines der Schwellenwerte oder einer der Schwellenwertkombinationen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung zu bewirken, wobei anhand der von der Fahrstabilitätssteuerung ermittelten Zustandsgrößen eine vorgegebene maximale regenerative Bremskraft bestimmbar ist und die regenerative Bremse so steuerbar ist, dass eine auf das mindestens eine Rad ausgeübte regenerative Bremskraft die bestimmte vorgegebene maximale regenerative Bremskraft nicht überschreitet. Dies bedeutet, dass anhand der von der Fahrstabilitätssteuerung ermittelten Zustandsgrößen eine vorgegeben maximale regenerative Bremskraft bestimmt wird. Die regenerative Bremse wird anschließend so gesteuert, dass die auf das mindestens eine Rad ausgeübte regenerative Bremskraft die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft nicht überschreitet. Hierdurch wird sichergestellt, dass die regenerative Bremskraft nicht erst infolge eines eingetretenen instabilen Fahrzustands reduziert wird, sondern bereits im Vorfeld so begrenzt wird, dass eine Fahrzeuginstabilität nicht auftritt. Da eine regenerative Bremse in der Regel träger reagiert und insbesondere schwierig radindividuell beeinflussbar ist, ist es notwendig, die regenerative Bremskraft so zu regeln, dass ein instabiler Fahrzeugzustand soweit wie möglich vermieden wird. Während eine herkömmliche Fahrstabilitätssteuerung, die beispielsweise als ESP (Elektronisches Stabilitäts Programm) bekannt ist, beim gemeinsamen Erreichen/Überschreiben eines Querbeschleunigungsgrenzwerts und eines Gierratengrenzwerts ausgelöst wird, wobei die beiden Grenzwerte geschwindigkeitsabhängig sein können, ist es Ziel der Erfindung, eine regenerative Bremskraft so festzulegen, dass ein Auslösezustand der Fahrstabilitätssteuerung nicht erreicht wird, weil der seine Ursache in einer Überbremsung mindestens eines der Fahrzeugräder mit der regenerativen Bremse hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft so bestimmbar ist, dass die einzelnen ermittelten Zustandsgrößen einen Sicherheitsmargenabstand von den Schwellenwerten oder Schwellenwertkombinationen einhalten, deren Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten zum Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung führen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine der Zustandsgrößen eine Reibwertausnutzung ist. Die Reibwertausnutzung gibt an, wie viel Prozent der möglichen über die Fahrzeugräder auf die Fahrbahn übertragbaren Kräfte bereits genutzt werden. Eine zur Berechnung verwendete Größe eines Fahrbahnreibwertes wird in Fahrstabilitätssteuerungen, wie sie heutzutage zum Stand der Technik gehören, bereits berechnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Reibwertausnutzung anhand eines Fahrbahnreibwertes und einer Querbeschleunigung ermittelt wird.
Eine noch präzisere Aussage über die Reibwertausnutzung kann über eine Ausführungsform getroffen werden, bei der eine Längsbeschleunigung in eine Ermittlung der Reibwertausnutzung einbezogen wird. In diesem Falle wird die Reibwertausnutzung somit unter Berücksichtigung der Längs- und Querbeschleunigung ermittelt. Eine Reibwertausnutzung errechnet sich aus dem Quotienten einer Beschleunigung und einem Produkt der Erdbeschleunigung mit einem Fahrbahnreibwert. Setzt sich die Beschleunigung aus einer Quer- und einer Längsbeschleunigung zusammen, so wird eine quadratische Mittlung vorgenommen. Das bedeutet, die Quadratwurzel aus der Summe der einzelnen Beschleunigungsquadrate wird herangezogen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zustandsgrößen eine Querbeschleunigung, eine Gierrate und ein Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Wie oben bereits ausgeführt wurde, wird bei Fahrstabilitätssteuerungen häufig ein Auslösen der radindividuellen Bremskraftbeeinflussung ausgelöst, wenn sowohl die Querbeschleunigung als auch die Gierrate jeweils einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, d.h. eine Kombination der Schwellenwerte im Sinne dieses hier Beschriebenen überschreiten, wobei die einzelnen Schwellenwerte bzw. die Kombination der Schwellenwerte von einer Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind. Eine anfängliche maximale regenerative Bremskraft kann bei einer solchen Ausführungsform beispielsweise dann reduziert werden, wenn einer der beiden Schwellenwerte der Schwellenwertkombination überschritten wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine Sicherheitsmarge zu den einzelnen Schwellenwerten bzw. der Schwellenwertkombination eingehalten wird.
Aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Lenkradwinkel wird bei einigen Ausführungsformen innerhalb der Fahrstabilitätssteuerung ein Sollwert für die Gierrate berechnet. Zu dem Sollwert existieren ein oberer Schwellenwert, der größer als der Sollwert ist, und unterer Schwellenwert, der kleiner als der Sollwert ist. Der obere Schwellenwert und der untere Schwellenwert sind von dem Sollwert abhängig. Trägt man den oberen Schwellenwert und den unteren Schwellenwert gegen den Sollwert der Gierrate auf, so erhält man ein Toleranzband für die Gierrate. Liegt eine gemessene Gierrate außerhalb des Toleranzbands, d.h. ist die gemessene Gierrate größer als der obere Schwellenwert zu dem ermittelten Sollwert der Gierrate oder kleiner als der hier zugehörige untere Schwellenwert, so wird eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung eingeleitet. Eine Reduktion der vorgegebenen maximalen regenerativen Bremskraft wird jedoch bei einem 'Verlassen" eines engeren weiteren Toleranzbands bewirkt. Bei dieser Ausführungsform umfassen die ermittelten Zustandsgrößen somit eine gemessene Gierrate, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Lenkradwinkel. Die Schwellenwerte, die das weitere Toleranzband bilden und von denen eine Sicherheitsmarge eingehalten wird, sind von dem Sollwert der Gierrate ebenso wie die Sicherheitsmarge selbst abhängig, d.h. von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkradwinkel. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass die Zustandsgrößen eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Lenkradwinkel und eine gemessene Gierrate umfassen.
Neben der bestimmten vorgegebenen maximalen regenerativen Bremskraft ist es für eine Steuerung der regenerativen Bremse ebenfalls erforderlich zu wissen, wie groß die von der regenerativen Bremse bereitstellbare Bremskraft ist. Diese hängt beispielsweise davon ab, wie hoch ein Ladungszustand eines elektrischen Energiespeichers ist. Ist dieser nahezu oder vollständig aufgeladen, so kann die regenerative Bremse nur eine geringe oder gar keine regenerative Bremsenergie zur Verfügung stellen. Daher sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass eine maximal aufbringbare regenerative Bremsleistung ermittelbar ist und in eine Steuerung der regenerativen Bremse einbezogen wird.
Um für den Fahrer eine Bremskraftänderung der durch die regenerative Bremse bereitgestellten Bremskraft möglichst transparent auszugestalten, d.h. so dass eine solche Bremskraftänderung von dem Fahrer nicht wahrgenommen wird, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Betriebsbremsen an den Rädern des Fahrzeugs so gesteuert werden, dass die von den Betriebsbremsen der Räder erzeugte Bremskraft einer Differenz einer von einem Fahrer angeforderten Bremskraft und der gesteuerten regenerativen Bremskraft entspricht.
Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Bremssystems ist vorgesehen, dass die einzelnen Zustandsgrößen einen Sicherheitsmargenabstand von ihren Schwellenwerten einhalten, die zu einem Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung führen. Sollte dennoch ein Fahrzustand auftreten, bei dem eine Zustandsgröße oder eine Kombination von Zustandsgrößen jeweils einen zweiten Sicherheitsmargenabstand, der geringer als der Sicherheitsmargenabstand ist, nicht mehr von den Schwellenwerten bzw. der Kombination der Schwellenwerte einhält, so ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die regenerative Bremskraft gleich null gesetzt wird. Dies bedeutet, dass auf die regenerative Bremskraft gänzlich verzichtet wird, wenn die Gefahr besteht, dass eine Fahrzeuginstabilität bevorsteht. In einem solchen Fall wird vorzugsweise während des weiteren Bremsvorgangs vollständig auf die regenerative Bremskraft verzichtet, um eine Fahrzeuginstabilität gänzlich auszuschließen und die höhere Reaktionsgeschwindigkeit der Betriebsbremsen jederzeit vollständig ausnutzen zu können. Erst bei einem erneuten Bremsvorgang wird regenerative Bremskraft erneut zur Verzögerung des Fahrzeugs eingesetzt.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des erfindungsgemäßen Bremssystems auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Ausführungsform eines Bremssystems;
2 ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung der Bestimmung der regenerativen Bremskraft und der von Betriebsbremsen aufgebrachten Bremskraft; und
3 eine grafische Darstellung einer gemessenen Gierrate, eines Toleranzbands für ein Eingreifen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung und eines weiteren Toleranzbands, bei dessen Verlassen eine Reduktion der vorgegebenen maximalen regenerativen Bremskraft einsetzt, gegen die Zeit für ein mit konstanter Geschwindigkeit bewegtes Fahrzeug, dessen Lenkradwinkel verändert wird.
In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 dargestellt, das eine Ausführungsform eines Bremssystems umfasst. Das Fahrzeug 1 umfasst lenkbare, nicht angetriebene Räder 2 einer Vorderachse 3. Nichtlenkbare Räder 4 einer Hinterachse 5 sind mittels eines Hybridantriebs 6 antreibbar. Der Hybridantrieb 6 umfasst eine Verbrennungsmaschine 7 und eine elektrische Maschine 8. Die Verbrennungsmaschine 7 und die elektrische Maschine 8 sind jeweils über eine Kupplung 9, 10 wirkungstechnisch mit der Hinterachse 5 koppelbar. Ein oder mehrere vorhandene Getriebe sind nicht dargestellt. Die elektrische Maschine 7 ist mit einem elektrischen Energiespeicher 11 gekoppelt. In dem elektrischen Energiespeicher 11 gespeicherte elektrische Energie kann verwendet werden, um die elektrische Maschine 8 anzutreiben. Die elektrische Maschine 8 kann jedoch auch als Generator betrieben werden und elektrische Energie in den elektrischen Energiespeicher 11 einspeisen. Eine Ladungs- und Überwachungseinheit 12 überwacht den Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers 11 und regelt eine Energieeinspeisung und Entnahme. Ferner liefert die Ladungs- und Überwachungseinheit 12 eine Information über eine maximal von der Batterie aufnehmbare Energie an ein Steuergerät 13, in dem eine Bremssteuerung des Bremssystems umgesetzt ist. Bei einer Bremsanforderung eines Fahrers über ein als Bremspedal ausgebildetes Stellglied 14 wird dem Steuergerät 13 in Abhängigkeit von einer Auslenkung des Bremspedals eine gewünschte Bremskraft übermittelt.
In das Steuergerät 13 ist eine Fahrstabilitätssteuerung 15 integriert. Die Fahrstabilitätssteuerung 15 wertet Sensorsignale von Radimpulssensoren 16, einem Längsbeschleunigungssensor 17, einem Querbeschleunigungssensor 18, einem Gierratensensor 19 und gegebenenfalls weiteren, nicht dargestellten, Sensoren aus. Bei einer anderen Ausführungsform können andere und/oder zusätzliche Sensoren ausgewertet werden, um Zustandsgrößen zu ermitteln, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs 1 beschreiben. Die Fahrstabilitätssteuerung 15 ist mit an den angetriebenen Rädern 2 und den nicht angetriebenen Rädern 4 angeordneten Betriebsbremsen 20 so gekoppelt, dass eine Bremskraft radindividuell beeinflusst werden kann. Eine solche radindividuelle Bremskraftbeeinflussung findet dann statt, wenn die Fahrstabilitätssteuerung 15 für einzelne Zustandsgrößen oder eine Kombination von Zustandsgrößen, die anhand der empfangenen Sensorsignale ermittelt sind, eine Überschreitung eines entsprechenden Schwellenwerts oder einer Schwellenwertkombination festgestellt hat, was eine Fahrinstabilität anzeigt. Die radindividuelle Bremskraftbeeinflussung wird so ausgeführt, dass die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhalten bleibt oder wieder hergestellt wird. Die Betriebsbremsen 20 sind ferner mit einem zentralen Bremskrafterzeuger 21 gekoppelt, der in der Regel als pneumatischer Bremskraftverstärker ausgebildet ist und eine ausgeglichene Bremskraftverteilung auf die einzelnen Betriebsbremsen 20 bewirkt. Der zentrale Bremskrafterzeuger 21 ist mit dem Steuergerät 13 verbunden und wird über dieses angesteuert.
Die angetriebenen Räder 4 können außer über die Betriebsbremsen 20 auch über die elektrische Maschine 8 regenerativ gebremst werden, wenn diese als Generator betrieben wird. Das Steuergerät 13 des Bremssystems ist so ausgebildet, dass es sowohl die regenerative Bremskraft, die über die elektrische Maschine 8 in Verbindung mit dem elektrischen Energiespeicher 11 aufgebracht wird, als auch die nicht regenerative Bremskraft 20, die über die Betriebsbremsen im Zusammenwirken mit dem zentralen Bremskrafterzeuger 15 aufgebracht wird, festlegt und steuert.
In 2 ist in einem Blockschaltbild grob schematisch wiedergegeben, wie eine Festlegung der von den Betriebsbremsen aufgebrachten Bremskraft und der von der regenerativen Bremse aufgebrachten Bremskraft festgelegt und gesteuert wird.
Eine von dem Fahrer angeforderte Bremskraft, die proportional zu einer Auslenkung des als Bremspedal ausgebildeten Stellglieds 14 ist, wird an das Steuergerät 13 übermittelt 31. Von einem Elektromaschinensteuergerät 22 wird an das Steuergerät 13 eine maximale Bremsleitung des Elektromotors übermittelt 32. Von der Ladungs- und Überwachungseinheit 12 wird eine maximale Energieaufnahme der Batterie übermittelt 33. Hieraus ermittelt das Bremssystem über eine Minimumbildung eine von der regenerativen Bremse maximal zur Verfügung stellbare Bremskraft 34. Die Fahrstabilitätssteuerung 15 ermittelt anhand der überwachten Zustandsgrößen eine vorgegebene maximale regenerative Bremskraft, die von der regenerativen Bremse aufgebracht werden kann, ohne dass ein Eintreten einer Fahrzeuginstabilität zu befürchten ist 35. Über eine erneute Minimumswertbildung zwischen der vorgegebenen maximalen regenerativen Bremskraft und der maximal bereitstellbaren regenerativen Bremskraft sowie der vom Fahrer angeforderten Bremskraft wird die regenerative Bremskraft festgelegt 36. Entsprechend dieser Festlegung wird die regenerative Bremse über das Elektromaschinensteuergerät 22 gesteuert 37. Über eine Differenzbildung zwischen der angeforderten Bremskraft und der von der regenerativen Bremse zur Verfügung gestellten regenerativen Bremskraft wird die Bremskraft für die Betriebsbremsen ermittelt 38. Die Betriebsbremsen werden entsprechend über den zentralen Bremskrafterzeuger 21 angesteuert 39.
Eine Festlegung der aus fahrdynamischer Sicht erlaubten maximalen Bremsleistung, wie sie im Funktionsblock 35 ausgeführt wird, wird vorzugsweise anhand einer Reibwertausnutzung η ausgeführt. Hierbei kann entweder die Reibwertausnutzung quer η_q oder eine Reibwertausnutzung längs und quer η_q verwendet werden. Die Reibwertausnutzung quer η_q errechnet sich an nachfolgender Formel
wobei ÿ die Querbeschleunigung, μ einen Fahrbahnreibwert und g die Erdbeschleunigung angibt. Der Fahrbahnreibwert μ ist innerhalb einer Fahrstabilitätssteuerung eine bekannte Rechengröße. Auf eine Ermittlung wird hier nicht näher eingegangen, da sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Für die Reibwertausnutzung längs und quer η_q gilt folgende Formel:
wobei ẍ die Längsbeschleunigung angibt.
Die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft wird vorzugsweise so bestimmt, dass sie bei einer Reibwertausnutzung unterhalb von 50 % gleich einer maximal möglichen Bremskraft des Fahrzeugs gesetzt wird. Oberhalb von einer Reibwertausnutzung von 50 % bis zu einer Reibwertausnutzung von 75 % wird stufenlos oder schrittweise die maximale vorgegebene regenerative Bremskraft herabgesetzt, bis sie bei einer Reibwertausnutzung von 75 % einen Wert 0 erreicht. Bei einer Reibwertausnutzung oberhalb von 75 % wird das Fahrzeug somit ausschließlich durch die Betriebsbremse gebremst, in dem Übergangsbereich zwischen einer Reibwertausnutzung von 50 % und einer Reibwertausnutzung von 75 % wird aufgrund der beschriebenen Steuerung durch das Bremssystem die "fehlende" nicht von der regenerativen Bremse aufgebrachte Bremskraft durch die Betriebsbremsen aufgebracht und somit quasi substituiert. Die Reibwertausnutzungsgrenzwerte, die hier genannt wurden, können auch anders festgelegt sein. Ferner kann die Absenkung der vorgegebenen maximalen regenerativen Bremskraft linear oder entlang einer anderen monotonen, vorzugsweise stetigen, Funktion erfolgen. Hierzu können weitere Zustandsgrößen, beispielsweise als Parameter, einer solchen Funktion herangezogen werden. In jedem Fall wird die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft so festgelegt, dass jede der Zustandsgrößen, die ein Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung auslösen kann, einen Sicherheitsmargenabstand von dem entsprechenden Schwellenwert oder einer Schwellenwertkombination einhält. Wird dieser unterschritten, so wird die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft reduziert; Sobald ein zweiter dichter an dem Schwellenwert oder einer Schwellenwertkombination liegender zweiter Sicherheitsmargenabstand unterschritten wird, wird die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft gleich null gesetzt und vorzugsweise in demselben Bremsvorgang nicht wieder erhöht.
Alternativ oder zusätzlich ist bei einigen Fahrzeugen vorgesehen, dass aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Lenkradwinkel innerhalb der Fahrstabilitätssteuerung ein Sollwert für die Gierrate des Fahrzeugs errechnet wird. Um diesen Sollwert wird ein Toleranzband gelegt. Das Toleranzband ist durch einen oberen Schwellenwert und einen unteren Schwellenwert begrenzt, die jeweils von dem berechneten Sollwert der Gierrate abhängig sind. Zu jedem Sollwert der Gierrate ist ferner ein engeres weiteres Toleranzband festgelegt. Dieses weitere Toleranzband ist durch einen weiteren oberen Schwellenwert und einen weiteren unteren Schwellenwert eingegrenzt, die jeweils ebenfalls von dem Sollwert der Gierrate abhängig sind. Überschreitet die gemessene Gierrate den weiteren oberen Schwellenwert oder unterschreitet die gemessene Gierrate den weiteren unteren Schwellenwert, so wird die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft verringert, so dass ein Überschreiten des oberen Schwellenwerts bzw. ein Unterschreiten des unteren Schwellenwerts, was jeweils ein Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung bewirken würde, nicht eintritt.
In 3 ist ein Graf 40 dargestellt, in dem ein oberer Schwellenwert 41 und ein unterer Schwellenwert 42 gegen die Zeit aufgetragen sind. Der obere Schwellenwert 41 und der untere Schwellenwert 42 begrenzen ein Toleranzband 43 für ein Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung. Ebenfalls dargestellt sind ein weiterer oberer Schwellenwert 44 und ein weiterer unterer Schwellenwert 45, die ein weiteres Toleranzband 46 eingrenzen. Zusätzlich ist eine gemessene Gierrate 47 eines Fahrzeugs gegen die Zeit aufgetragen. Das Fahrzeug bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit. Zu einem durch einen Pfeil 48 gekennzeichneten Zeitpunkt setzt eine Lenkbewegung ein, die eine Änderung des Lenkradwinkels mit sich bringt. Hierdurch ändert sich sowohl die gemessene Gierrate als auch ein Sollwert der Gierrate, von dem der obere Schwellenwert 41, der untere Schwellenwert, der weitere obere Schwellenwert 44 und der weitere untere Schwellenwert 45 abhängig sind. In dem dargestellten Beispiel verlässt die gemessene Gierrate 47 das weitere Toleranzband 46 zu keinem Zeitpunkt, so dass während des gesamten Lenkvorgangs die maximale regenerative Bremskraft gleich einer maximal möglichen regenerativen Bremskraft gewählt werden kann. Würde die gemessene Gierrate 47 das weitere Toleranzband 46 verlassen, so würde die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft reduziert, gegebenenfalls bis auf Null, um ein Überschreiten des oberen Schwellenwerts 41 und/oder ein Unterschreiten des unteren Schwellenwerts 42 zu vermeiden.

1: Fahrzeug
2: nicht angetriebene Räder
3: Vorderachse
4: angetriebene Räder
5: Hinterachse
6: Hybridantrieb
7: Verbrennungsmaschine
8: Elektromaschine
9, 10: Kupplungen
11: elektrischer Energiespeicher
12: Ladungs- und Überwachungseinheit
13: Steuergerät
14: Stellglied
15: Fahrstabilitätssteuerung
16: Radimpulssensoren
17: Längsbeschleunigungssensor
18: Querbeschleunigungssensor
19: Gierratensensor
20: Betriebsbremsen
21: zentraler Bremskrafterzeuger
22: Elektromaschinensteuerung
31–39: Funktionsblöcke eines Verfahrens zum Steuern der regenerativen Bremse und der Betriebsbremsen
40: Graf
41: oberer Schwellenwert
42: unterer Schwellenwert
43: Toleranzband
44: weiterer oberer Schwellenwert
45: weiterer unterer Schwellenwert
46: weiteres Toleranzband
47: gemessene Gierrate
48: Pfeil

Claims

Bremssystem für ein Fahrzeug (1) mit einem Hybridantrieb (6), bei dem mindestens ein Rad (4), vorzugsweise mindestens die Räder (4) einer Achse (5), mit einer regenerativen Bremse und mit einer Betriebsbremse (20) bremsbar sind, wobei eine Fahrstabilitätssteuerung (15) vorgesehen ist, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs (1) beschreibende Zustandsgrößen ermittelt, für die Schwellenwerte und/oder Schwellenwertkombinationen existieren, wobei die Fahrstabilitätssteuerung (15) ausgebildet ist, bei einem Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten eines der Schwellenwerte oder einer der Schwellenwertkombinationen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der von der Fahrstabilitätssteuerung (15) ermittelten Zustandsgrößen eine vorgegebene maximale regenerative Bremskraft bestimmbar ist und die regenerative Bremse so steuerbar ist, dass eine auf das mindestens eine Rad (4) ausgeübte regenerative Bremskraft die bestimmte vorgegebene maximale regenerative Bremskraft nicht überschreitet.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft so bestimmbar ist, dass die einzelnen ermittelten Zustandsgrößen einen Sicherheitsmargenabstand von Schwellenwerten oder Schwellenwertkombinationen einhalten, deren Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten zum Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung führen.
Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zustandsgröße eine Rebwertausnutzung ist.
Bremssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwertausnutzung anhand eines Fahrbahnreibwertes und einer Querbeschleunigung ermittelt wird.
Bremssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsbeschleunigung in eine Ermittlung der Reibwertausnutzung einbezogen wird.
Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen eine Querbeschleunigung, eine Gierrate und eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen.
Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Lenkradwinkel und eine gemessene Gierrate umfassen.
Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal aufbringbare regenerative Bremsleistung ermittelbar ist und in eine Steuerung der regenerativen Bremse einbezogen wird.
Bremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbremsen (20) an den Rädern (2, 4) des Fahrzeugs (1) so gesteuert werden, dass die von den Betriebsbremsen (20) der Räder (2, 4) erzeugte Bremskraft einer Differenz einer von einem Fahrer angeforderte Bremskraft und der gesteuerten regenerativen Bremskraft entspricht.
Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs (1) mit einem Hybridantrieb (6), bei dem mindestens ein Rad (4), vorzugsweise mindestens die Räder (4) einer Achse (5), mit einer regenerativen Bremse und mit einer Betriebsbremse (20) bremsbar sind, wobei eine Fahrstabilitätssteuerung (15) vorgesehen ist, die eine Fahrdynamik des Fahrzeugs (1) beschreibende Zustandsgrößen ermittelt, für die Schwellenwerte und/oder Schwellenwertkombinationen existieren, wobei die Fahrstabilitätssteuerung (15) ausgebildet ist, bei einem Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten eines der Schwellenwerte und/oder einer der Schwellenwertkombinationen eine radindividuelle Bremskraftbeeinflussung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der von der Fahrstabilitätssteuerung (15) ermittelten Zustandsgrößen eine vorgegebene maximale regenerative Bremskraft bestimmt wird und die regenerative Bremse so gesteuert wird, dass eine auf das mindestens eine Rad (4) ausgeübte regenerative Bremskraft die bestimmte vorgegebene regenerative Bremskraft nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft so bestimmt wird, dass die einzelnen ermittelten Zustandsgrößen einen Sicherheitsmargenabstand von den Schwellenwerten oder den Schwellenwertkombinationen einhalten, bei deren Erreichen, Überschreiten und/oder Unterschreiten ein Auslösen einer radindividuellen Bremskraftbeeinflussung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die vorgegebene maximale regenerative Bremskraft gleich null gesetzt wird, sobald eine der Zustandsgrößen einen zweiten Sicherheitsmargenabstand von dem entsprechenden Schwellenwert oder einen der Schwellenwerte einer der Schwellenwertkombinationen unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf null gesetzte vorgegebene regenerative Bremskraft in einem Bremsvorgang nicht wieder erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstabilitätssteuerung als eine der Zustandsgröße eine Reibwertausnutzung ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwertausnutzung anhand eine Fahrbahnreibwertes und einer Querbeschleunigung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsbeschleunigung in eine Ermittlung der Reibwertausnutzung einbezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen eine Querbeschleunigung, eine Gierrate und eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen und ein Auslösen der radindividuellen Bremskraftbeeinflussung erfolgt, wenn in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Schwellenwert für die Querbeschleunigung und ein Schwellenwert für die Gierrate gemeinsam überschritten sind und die vorgegebene minimale regenerative Bremskraft beim Überschreiten eines der beiden Schwellenwerte für die Querbeschleunigung oder die Gierrate gleich null gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Lenkradwinkel und eine gemessene Gierrate umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal aufbringbare regenerative Bremsleistung ermittelt wird und in eine Steuerung der regenerativen Bremse einbezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbremsen (20) an den Rädern (4) des Fahrzeugs (1) so gesteuert werden, dass die von den Betriebsbremsen (20) der Räder (4) erzeugte Bremskraft einer Differenz einer von einem Fahrer angeforderte Bremskraft und der gesteuerten regenerativen Bremskraft ist.