DE102006055766A1

DE102006055766A1 - Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102006055766A1
Application number: DE102006055766A
Authority: DE
Inventors: Paul Linhoff
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-11-25
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Fahrzeugbremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem hydraulischen und einem elektromechanischen Bremssystem, wobei das hydraulische Bremssystem an einer Vorderachse wirkt und einen pedalbetätigbaren, hydraulischen Druckgeber mit nachgeschaltetem Hauptzylinder 5 aufweist, an den ein hydraulischer Bremskreis mit mindestens einer fremdansteuerbaren, hydraulischen Pumpe angeschlossen ist, der außerdem ein Trennventil, ein elektrisches Umschaltventil sowie mit Ein- und Auslassventilen versehene hydraulisch betätigbare Radbremsen aufweist, und wobei das elektromechanische Bremssystem an einer Hinterachse wirkt und elektromechanisch betätigbare Radbremsen mit dezentralen Steuereinheiten aufweist, wobei die Fahrzeugräder zumindest zeitweise von einem Elektromotor angetrieben werden, der zur Rekuperation von Bremsenergie als Generator betreibbar ist und im Generatorbetrieb eine Bremskraft an den Fahrzeugrädern bewirkt, und wobei ein Pedalwegsensor den Fahrerbremswunsch ermittelt und einer Steuer- und Regeleinheit zuführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach der Erkennung eines Fahrerbremswunsches der Elektromotor (16) als Generator betrieben wird, dass anschließend das Trennventil (19) geschlossen wird und Druckmittel mittels der hydraulischen Pumpe (22) in einen Hochdruckspeicher (24) gefördert wird. Nachfolgend werden die Ventile (19, 20) derart geschaltet, dass dem Fahrzeugführer ein ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Fahrzeugbremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem hydraulischen und einem elektromechanischen Bremssystem, wobei das hydraulische Bremssystem an einer Vorderachse wirkt und einen pedalbetätigbaren, hydraulischen Druckgeber mit nachgeschaltetem Hauptzylinder 5 aufweist, an den ein hydraulischer Bremskreis mit mindestens einer fremdansteuerbaren, hydraulischen Pumpe angeschlossen ist, der außerdem ein Trennventil, ein elektrisches Umschaltventil sowie mit Ein- und Auslassventilen versehene hydraulisch betätigbare Radbremsen aufweist, und wobei das elektromechanische Bremssystem an einer Hinterachse wirkt und elektromechanisch betätigbare Radbremsen mit dezentralen Steuereinheiten aufweist, wobei die Fahrzeugräder zumindest zeitweise von einem Elektromotor angetrieben werden, der zur Rekuperation von Bremsenergie als Generator betreibbar ist und im Generatorbetrieb eine Bremskraft an den Fahrzeugrädern bewirkt, und wobei ein Pedalwegsensor den Fahrerbremswunsch ermittelt und einer Steuer- und Regeleinheit zuführt.
Der Zweck derartiger Bremssysteme bei Kraftfahrzeugen besteht darin, zumindest einen Teil der beim Bremsen zurück gewonnenen Energie im Fahrzeug zu speichern und für den Antrieb des Fahrzeuges wieder zu verwenden. Dadurch kann der Energieverbrauch des Fahrzeuges insgesamt gesenkt, der Wirkungsgrad erhöht und der Betrieb damit wirtschaftlicher gestaltet werden. Kraftfahrzeuge mit einem Bremssystem, das für Rekuperationsbremsungen ausgelegt ist, weisen dazu in der Regel verschiedene Arten von Bremsen auf, die auch Bremsaktuatoren genannt werden.
Dabei werden ein Paar hydraulischer Reibbremsen für die Abbremsung der Vorderachs-Räder sowie ein Paar elektromechanisch betätigbarer Reibbremsen für die Abbremsung der Hinterachs-Räder, wie sie aus gewöhnlichen Kraftfahrzeugen bekannt sind, und Elektromotor eingesetzt, der als Generator betreibbar ist. Über den Generator bzw. den sich im Generatorbetrieb befindlichen Elektromotor wird zumindest ein Teil der gesamten Bremskraft aufgebracht. Die gewonnene elektrische Energie wird in ein Speichermedium wie beispielsweise eine Bordbatterie ein- bzw. zurückgespeist und für den Antrieb des Kraftfahrzeuges über einen geeigneten Antrieb wieder verwendet.
Zur Abbremsung eines derartigen Kraftfahrzeuges, das einen Elektromotor als alleinigen oder zusätzlichen Antrieb und im Generatorbetrieb zur Rückgewinnung von Bremsenergie aufweist, wird zusätzlich zum Bremsmoment der hydraulisch und elektromechanisch betätigbaren Radbremsen, das durch das Fahrerbetätigte Bremssystem aufgebracht wird, ein weiteres Bremsmoment vom Elektromotor aufgebracht. Dieses Bremsmoment des Elektromotors entsteht aus dem bekannten Effekt bei Elektromotoren, die bei mechanischem Antreiben ohne Zuführung von elektrischem Strom als Dynamo bzw. Generator wirken und elektrischen Strom generieren. Dabei entsteht eine Gegenkraft, die dem mechanischen Antrieb entgegenwirkt und im vorliegenden Fall als Bremsmoment wirkt. Der als Generator betriebene Elektromotor wirkt daher als Bremse. Die gesamte Bremskraft des Kraftfahrzeugs setzt sich daher aus der Bremskraft der hydraulisch betätigbaren Radbremsen, der Bremskraft der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen und der Bremskraft des als Generator wirkenden Elektromotors zusammen.
Aus der US 2004/0135432 A1 ist eine Fahrzeugbremsanlage bekannt, die einen vorderen, hydraulisch betätigbaren Bremskreis und einen hinteren, elektromechanisch betätigbaren Bremskreis sowie ein Steuergerät aufweist. Der vordere, hydraulisch betätigbare Bremskreis weist einen Hauptzylinder zum Druckaufbau im vorderen Bremskreis auf, der als Reaktion einer Eingangsgröße eine Reibkraft an den vorderen Radbremsen bewirkt. Der hintere, elektromechanisch betätigbare Bremskreis wird nach Maßgabe des im vorderen, hydraulisch betätigbaren Bremskreis eingesteuerten Drucks gesteuert und bewirkt eine bremsende Reibkraft an den hinteren Radbremsen. Ein Generator zur Rekuperation von Bremsenergie ist dagegen nicht vorgesehen.
Aus der WO 2004/080774 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeuges bekannt, das in paralleler Auslegung einen elektrischen steuerbaren Generator und eine Anzahl von hydraulischen Reibbremsen aufweist, wobei das Sollbremsmoment des Generators über die Ermittlung einer Gesamtsollverzögerung ermittelt wird und der Generator über dieses Sollbremsmoment gesteuert wird. Da der Generator parallel zu den Reibungsbremsen geschaltet ist, wird bei diesem Verfahren stets ein Teil der notwendigen Gesamtbremskraft mittels der Reibbremsen aufgebracht und ein Teil mittels des Generators. Dadurch geht aber Bremsenergie verloren, die bei der alleinigen Ansteuerung des Generators rekuperierbar wäre.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren darzustellen, das zu einer Verbesserung des Energierückgewinnungspotentials beiträgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach der Erkennung eines Fahrerbremswunsches folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• Betreiben des Elektromotors im Generatorbetrieb;
• Schließen des Trennventils und Fördern von Druckmittel mittels der hydraulischen Pumpe in einen Hochdruckspeicher;
• Schalten der Ventile derart, dass dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt wird.

Zur Konkretisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schließen des Trennventils so lange verzögert wird, bis die hydraulischen Radbremsen mit hydraulischem Druckmittel gefüllt sind, wonach das Trennventil geschlossen wird. Durch diese Maßnahme wird ein so genanntes „Vorfüllen" der hydraulischen Radbremsen realisiert, was ein Anlegen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe zur Folge hat. Eine Bremswirkung wird jedoch nicht erzielt.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schalten der Ventile derart erfolgt, dass dem Hub am Bremspedal eine Kraft-Weg-Charakteristik aufgeprägt wird. Dabei erfolgt das Schalten der Ventile analog regelbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Unterstützung der Brems wirkung des Elektromotors mittels der hydraulischen Pumpe Druckmittel in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen gefördert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen schematisch dargestellten Schaltplan einer kombinierten Fahrzeugbremsanlage mit hydraulisch betätigbaren Radbremsen an der Vorderachse, elektromechanisch betätigbaren Radbremsen an der Hinterachse und einem Elektromotor für rekuperative Bremsungen zeigt.
Ein Schaltplan der Fahrzeugbremsanlage, an der das vorliegende Verfahren durchführbar ist, ist in 1 dargestellt. Die Fahrzeugbremsanlage weist einerseits hydraulisch betätigbare Radbremsen 1 und andererseits elektromechanisch betätigbare Radbremsen 2 auf. Die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 sind an einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs, der Vorderachse, angeordnet und werden mit Hilfe eines pedalbetätigten Druckgebers, der als Vakuum-Bremskraftverstärker 4 ausgebildet ist und dem ein Hauptzylinder 5 nachgeschaltet ist, mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt. Zur Beaufschlagung der hydraulischen Radbremsen 1 mit einem Druck sind die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 unter Zwischenschaltung von Einlassventilen 8 über eine Hydraulikleitung 6 mit dem Hauptzylinder 5 verbunden. Bei einem Druckabbau wird das eingesteuerte Druckmittel über Auslassventile 7 in einen Niederdruckspeicher 23 abgelassen. Die Verbindung zum Niederdruckspeicher 23 ist mit Hilfe eines weiteren Ventils 21 absperrbar. Zur Ermittlung des eingesteuerten hydraulischen Drucks und zur Durchführung von Regelvorgängen, wie etwa Blockierschutzregelungen, sind meh rere Drucksensoren 10 vorgesehen, deren Ausgangssignale einer zentralen Steuer- und Regeleinheit 14 zugeführt werden.
Ausgehend vom pedalbetätigbaren Druckgeber 4 mit nachgeschaltetem Hauptbremszylinder 5 sind stromabwärts dem hydraulischen Bremskreis ein Trennventil 19, ein Pumpensaugventil 25 und ein elektrisches Umschaltventil 20 zugeordnet. Das Trennventil 19 ist ein analog regelbares stromlos offenes SO-Ventil und wird für alle Regelungen während eines aktiven Druckaufbaus durch die hydraulische Pumpe 22 benötigt. Das Trennventil 19 wird in diesen aktiven Druckaufbauphasen durch die hydraulische Pumpe 22 geschlossen, damit der Druckaufbau nicht in den Hauptbremszylinder 5 eingesteuert wird. Das elektrische Umschaltventil 20 – kurz auch EUV genannt – ist ein stromlos geschlossenes SG-Ventil, das eine Verbindung zwischen einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 9 und der Saugseite der Pumpe 22 herstellt oder unterbricht. Im angesteuerten Zustand ist das elektrische Umschaltventil 20 offen und die Pumpe 22 kann Bremsflüssigkeit aus dem Druckmittelvorratsbehälter 9 ansaugen und beispielsweise für eine Antriebsschlupfregelung zur Verfügung stellen. Das Pumpensaugventil 25 ist wie das Trennventil 19 als analog regelbares stromlos offenes SO-Ventil ausgebildet und begrenzt einerseits den Fahrerdruck an der Saugseite der Pumpe 22 und andererseits ein Nachsaugen von hydraulischem Druckmittel aus dem Hauptzylinder 5.
Wie 1 weiterhin entnehmbar ist, sind an einer zweiten Achse, der Hinterachse des Kraftfahrzeugs, elektromechanisch betätigbare Radbremsen 2 angeordnet, die nach Maßgabe des in den hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 eingesteuerten hydraulischen Drucks betätigbar sind. Wie bereits erwähnt, wird der in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 eingesteuerte Druck mit Hilfe der Drucksensoren 10 ermittelt. Auf Grundlage dieses Druckwertes werden die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 an der Hinterachse angesteuert, d.h. unter Berücksichtigung einer Bremskraftverteilungsfunktion zwischen Vorder- und Hinterachse wird eine Zuspannkraft der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 eingestellt. Außerdem können die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 nach Maßgabe des Betätigungsweges des Bremspedals 3, das bedeutet gemäß dem Wunsch des Fahrzeugführers, angesteuert werden. Dazu wird der Betätigungsweg des Bremspedals 3 mit Hilfe eines Pedalwegsensors 11 ermittelt. Die Ansteuerung der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 wird dezentral durch zwei elektronische Steuereinheiten 15 vorgenommen, die je einer elektromechanisch betätigbaren Radbremse 2 zugeordnet sind. Die Versorgung mit elektrischer Energie wird über eine Versorgungsleitung 18'', die die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 mit dem Bordnetz verbindet, durchgeführt.
Wie in 1 lediglich schematisch angedeutet ist, weisen die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 eine Feststellbremsvorrichtung 12 auf, mit der die Radbremsen zur Durchführung einer Feststellbremsung im zugespannten Zustand verriegelbar sind. Die Feststellbremsvorrichtung 12 ist mit Hilfe eines Bedienelementes 13 ansteuerbar. Das Bedienelement 13 ist als Taster ausgebildet und weist drei Schaltstellungen für die Befehle „Spannen", „Neutral" und „Lösen" auf, wobei lediglich die mittlere Neutralstellung eine stabile Schaltstellung darstellt.
Der Fahrerbremswunsch wird, wie bereits erwähnt, von dem Pedalwegsensor 11 sensiert und über eine Signalleitung 17 der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 14 zugeführt. Der Steuer- und Regeleinheit 14 werden außerdem die Signale des Bedienelements 13 der Feststellbremse zugeführt. Die beiden dezentralen elektronischen Steuereinheiten 15 der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 sind ebenfalls über eine Signalleitung 17'' mit der Steuer- und Regeleinheit 14 verbunden.
Ein Elektromotor 16, der einerseits als alleiniger Antrieb bei einem Elektroauto oder als zusätzlicher Antrieb bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor wirkt und andererseits im Generatorbetrieb zur Rückgewinnung von Bremsenergie eingesetzt wird, ist über eine weitere Signalleitung 17' mit der Steuer- und Regeleinheit 14 verbunden. Der Elektromotor 16 bezieht seine Versorgungsspannung im Antriebsfall über eine Versorgungsleitung 18' aus dem Bordnetz und speist über dieselbe Versorgungsleitung 18' im Generatorbetrieb elektrische Energie in das Bordnetz zurück. Im eben erwähnten Generatorbetrieb wirkt der Elektromotor 16 als Dynamo und generiert elektrischen Strom. Dabei entsteht eine Gegenkraft, die als ein weiteres Bremsmoment wirkt. Der als Generator betriebene Elektromotor 16 wirkt daher als Bremse. Die gesamte Bremskraft des Kraftfahrzeugs setzt sich daher aus der Bremskraft der hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1, der Bremskraft der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 und der Bremskraft des als Generator wirkenden Elektromotors 16 zusammen. Diese drei Bremskräfte müssen in einer geeigneten Art und Weise angepasst werden, was durch eine geeignete Bremskraftverteilung ermöglicht wird.
Das vorliegende Verfahren sieht nun folgendes vor: Wenn der Fahrzeugführer das Bremspedal 3 betätigt und somit einen Bremswunsch generiert, wird dieser durch den Pedalwegsensor 11 sensierte Bremswunsch an die Steuer- und Regeleinheit 14 übermittelt. Sofern die Steuer- und Regeleinheit 14 entscheidet, dass eine Bremswirkung allein aufgrund des als Generator betriebenen Elektromotors 16 ausreicht, bleibt das Trennventil 19 zunächst offen und der vom Fahrzeugführer eingesteuerte Druck wird über die hydraulische Leitung, das geöffnete Trennventil 19 und die geöffnete Einlassventile 8 in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen eingesteuert. Dies geschieht so lange bis die hydraulisch betätigbaren Radbremsen mit hydraulischem Druckmittel vorgefüllt sind, d.h. bis die Bremsbeläge an die Bremsscheibe angelegt sind, aber noch keine oder eine vernachlässigbare Bremskraft bewirken. Anschließend werden die Einlassventile 8 sowie das Trennventil 19 geschlossen, so dass der vom Fahrzeugführer eingesteuerte Druck über das geöffnete Pumpensaugventil 25 an der Saugseite der Pumpe 22 anliegt. Damit das Bremspedal 3 nicht durchsackt muss der Niederdruckspeicher 23 mit Hilfe des Ventils 21 abgesperrt werden. Die Pumpe 22 fördert das vom Fahrzeugführer eingesteuerte Druckmittel in einen Hochdruckspeicher 24. Vom Hochdruckspeicher 24 kann das Druckmittel zu einem späteren Zeitpunkt dosiert in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 eingesteuert werden. Um die Dosierbarkeit zu gewährleisten sind die Einlassventile 8 ebenfalls als analog regelbare Ventile ausgebildet.
Gleichzeitig zum Fördern des Druckmittels durch die Pumpe 22 in den Hochdruckspeicher 24 werden die analog regelbaren Ventile 19, 20, 25, also das Trennventil 19, das elektrische Umschaltventil 20 und das Pumpensaugventil 25 derart geschaltet, dass dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt wird. Dabei werden die eben genannten Ventile 19, 20, 25 derart geschaltet, dass dem Hub des Bremspedals 3 eine Kraft-Weg-Charakteristik aufgeprägt wird und dem Fahrzeugführer dadurch seine gewohnte Pedalcharakteristik suggeriert wird.
Während des gesamten Verfahrens wird der Elektromotor 16 als Generator betrieben und da die elektromechanisch betätigbaren Radbremsen 2 an der Hinterachse nicht angesteuert werden und keine Bremskraft erzeugen, wird die gesamte Bremswirkung durch den Elektromotor 16 erzeugt. Dabei wird die gesamte Bremsenergie rekuperiert und steht dem elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung.
Sofern die Bremswirkung des als Generator betriebenen Elektromotors 16 nicht ausreicht, wird zur Unterstützung der Bremswirkung des Elektromotors 16 mittels der hydraulischen Pumpe 22 Druckmittel in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1 gefördert. Durch diese Maßnahme steigt insbesondere am Ende des Pedalweges des Bremspedals 3 die Pedalwegcharakteristik stark an. Als Folge davon ist ein verkürzter Pedalweg konstruktiv realisierbar, was bei den begrenzten Bauraumverhältnissen in einem Kraftfahrzeug von Vorteil ist.

1: hydraulisch betätigbare Radbremsen
2: elektromechanisch betätigbare Radbremsen
3: Bremspedal
4: Bremskraftverstärker
5: Hauptzylinder
6: hydraulische Leitung
7: Auslassventile
8: Einlassventile
9: Druckmittelvorratsbehälter
10: Drucksensor
11: Pedalwegsensor
12: Feststellbremsvorrichtung
13: Bedienelement
14: Steuer- und Regeleinheit
15: Steuereinheit
16: Elektromotor
17: Signalleitung
18: Versorgungsleitung
19: Trennventil
20: elektrisches Umschaltventil
21: Ventil
22: hydraulische Pumpe
23: Niederdruckspeicher
24: Hochdruckspeicher
25: Pumpensaugventil

Claims

Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Fahrzeugbremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem hydraulischen und einem elektromechanischen Bremssystem, wobei das hydraulische Bremssystem an einer Vorderachse wirkt und einen pedalbetätigbaren, hydraulischen Druckgeber (4) mit nachgeschaltetem Hauptzylinder 5 aufweist, an den ein hydraulischer Bremskreis mit mindestens einer fremdansteuerbaren, hydraulischen Pumpe (22) angeschlossen ist, der außerdem ein Trennventil (19), ein elektrisches Umschaltventil (20), ein Pumpensaugventil (25) sowie mit Ein- und Auslassventilen (7, 8) versehene hydraulisch betätigbare Radbremsen (1) aufweist, und wobei das elektromechanische Bremssystem an einer Hinterachse wirkt und elektromechanisch betätigbare Radbremsen (2) mit dezentralen Steuereinheiten (15) aufweist, wobei die Fahrzeugräder zumindest zeitweise von einem Elektromotor (16) angetrieben werden, der zur Rekuperation von Bremsenergie als Generator betreibbar ist und im Generatorbetrieb eine Bremskraft an den Fahrzeugrädern bewirkt, und wobei ein Pedalwegsensor (11) den Fahrerbremswunsch ermittelt und einer Steuer- und Regeleinheit (14) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erkennung eines Fahrerbremswunsches folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: • Betreiben des Elektromotors (16) im Generatorbetrieb; • Schließen des Trennventils (19) und Fördern von Druckmittel mittels der hydraulischen Pumpe (22) in einen Hochdruckspeicher (24); • Schalten der Ventile (19, 20, 25) derart, dass dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen des Trennventils (19) so lange verzögert wird, bis die hydraulischen Radbremsen (1) mit hydraulischem Druckmittel gefüllt sind, wonach das Trennventil (19) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten der Ventile (19, 20, 25) derart erfolgt, dass dem Hub am Bremspedal (3) eine Kraft-Weg-Charakteristik aufgeprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Bremswirkung des Elektromotors (16) mittels der hydraulischen Pumpe (22) Druckmittel in die hydraulisch betätigbaren Radbremsen (1) gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten der Ventile (19, 20, 25) analog regelbar erfolgt.