DE102006055799B4 - Method for regenerative braking of a vehicle with multiple braking systems - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum regenerativen Bremsen eines Fahrzeugs, mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Bremssystems (7, 9), eines elektromechanischen Bremssystems (6) und eines Generators, wobei jedes der Systeme (7, 9; 6; 2) einen bestimmten Anteil (R, E, H) einer gewünschten Gesamtverzögerung des Fahrzeugs beiträgt. Ein Bremsvorgang kann besonders einfach und mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden, wenn der Anteil der elektromechanischen Bremsvorrichtung 6 abhängig vom Anteil (R) des Generators 2 geregelt wird.The invention relates to a method for regenerative braking of a vehicle by means of a hydraulic or pneumatic brake system (7, 9), an electromechanical brake system (6) and a generator, each of the systems (7, 9; 6; 2) using a specific proportion ( R, E, H) contributes to a desired overall deceleration of the vehicle. A braking process can be carried out particularly easily and with a high level of efficiency if the proportion of the electromechanical braking device 6 is controlled as a function of the proportion (R) of the generator 2 .
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.The invention relates to a method for braking a vehicle according to the preamble of patent claim 1 and a control unit according to the preamble of
Die Patentschrift
Die Offenlegung
Die Offenlegungsschrift
Regeneratives Bremsen wird heute vor allem in Hybrid-Fahrzeugen durchgeführt, um den Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu verbessern und Kraftstoff einzusparen. Hybrid-Fahrzeuge umfassen neben dem Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine, die entweder im Motor- oder im Generatorbetrieb betrieben wird. Im Motorbetrieb erzeugt die elektrische Maschine ein zusätzliches Antriebsmoment, das den Verbrennungsmotor z. B. in einer Beschleunigungsphase unterstützt. Im Generatorbetrieb wird dagegen die bei der Verzögerung des Fahrzeugs frei werdende kinetische Energie in elektrische Energie gewandelt (Rekuperation). Die so gewonnene elektrische Energie wird in einem Energiespeicher, wie z. B. einer Batterie oder einem Super-Cap, gespeichert und kann in anderen Fahrsituationen z. B. zum Antrieb des Fahrzeugs oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher genutzt werden. Der Wirkungsgrad des Fahrzeugs kann dadurch erheblich gesteigert werden. Aber auch bei herkömmlichen Fahrzeugen, die nur einen Fahrzeuggenerator aufweisen, kann die Energiebilanz durch regeneratives Bremsen verbessert werden.Today, regenerative braking is mainly used in hybrid vehicles to improve vehicle efficiency and save fuel. In addition to the internal combustion engine, hybrid vehicles have an electric machine that is operated either as a motor or as a generator. When the engine is running, the electric machine generates an additional drive torque that drives the combustion engine, e.g. B. supported in an acceleration phase. In generator mode, on the other hand, the kinetic energy released when the vehicle decelerates is converted into electrical energy (recuperation). The electrical energy obtained in this way is stored in an energy store, e.g. B. a battery or a super-cap, stored and can be used in other driving situations such. B. be used to drive the vehicle or to supply electrical consumers. The efficiency of the vehicle can be significantly increased as a result. But even in conventional vehicles that only have a vehicle generator, the energy balance can be improved by regenerative braking.
Beim regenerativen Bremsen erzeugt die elektrische Maschine bzw. der Generator ein Schleppmoment, das bremsend auf den Verbrennungsmotor wirkt. Das Schleppmoment ist dabei insbesondere von der aktuellen Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig. Darüber hinaus hängt das Schleppmoment vom Ladezustand bzw. der Aufnahmefähigkeit des elektrischen Bordnetzes ab. Bei einem voll aufgeladenen Energiespeicher kann z. B. nur sehr wenig bzw. gar keine elektrische Energie in das Bordnetz gespeist werden, da der Energiespeicher andernfalls überlastet oder spannungsempfindliche Verbraucher geschädigt werden könnten. Das Schleppmoment des Generators kann somit erheblich schwanken. Dadurch wird auch das Bremsverhalten des Fahrzeugs insgesamt beeinflusst. Um dies zu vermeiden, wird daher üblicherweise der hydraulische Bremsdruck in Abhängigkeit vom Generator-Schleppmoment moduliert. Dies ist jedoch hydraulisch sehr aufwändig, da während eines regenerativen Bremsvorgangs sehr viel Bremsflüssigkeit in den Bremskreisen hin- und hergepumpt werden muss.With regenerative braking, the electric machine or generator generates a drag torque that has a braking effect on the combustion engine. The drag torque is particularly dependent on the current speed of the internal combustion engine. In addition, the drag torque depends on the state of charge or the capacity of the on-board electrical system. With a fully charged energy storage z. B. only very little or no electrical energy is fed into the vehicle electrical system, since the energy store would otherwise be overloaded or voltage-sensitive consumers could be damaged. The drag torque of the generator can therefore fluctuate considerably. This also influences the braking behavior of the vehicle as a whole. In order to avoid this, the hydraulic brake pressure is therefore usually modulated as a function of the generator drag torque. However, this is hydraulically very complex, since a lot of brake fluid has to be pumped back and forth in the brake circuits during a regenerative braking process.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum regenerativen Bremsen eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem der hydraulische bzw. pneumatische Aufwand wesentlich geringer ist.It is therefore the object of the present invention to create a method for regenerative braking of a vehicle in which the hydraulic or pneumatic effort is significantly lower.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1, sowie im Patentanspruch 11 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in patent claim 1 and in
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine elektromechanische Bremsvorrichtung, vorzugsweise eine elektromechanische Trommelbremse, zu nutzen und deren Bremsmoment zu modulieren, um das schwankende Schleppmoment des Generators auszugleichen. Eine hydraulische oder pneumatische Modulation ist nicht mehr erforderlich. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass Schwankungen des Generator-Schleppmoments wesentlich einfacher kompensiert werden können.An essential aspect of the invention consists in using an electromechanical braking device, preferably an electromechanical drum brake, and modulating its braking torque in order to compensate for the fluctuating drag torque of the generator. Hydraulic or pneumatic modulation is no longer required. This has the main advantage that fluctuations in the generator drag torque can be compensated much more easily.
Die Schwankung des regenerativen Anteils wird vorzugsweise zumindest am Ende eines Bremsvorgangs kompensiert. Der Anteil des Generators nimmt üblicherweise stark ab, wenn das Fahrzeug bis in den Stillstand gebremst wird und der Verbrennungsmotor in der letzten Phase des Bremsvorgangs nur noch mit Leerlaufdrehzahl läuft. Das abnehmende Generator-Schleppmoment wird dann durch ein zunehmendes elektromechanisches Bremsmoment ausgeglichen. Dagegen kann das Bremsmoment in der Anfangsphase eines Bremsvorgangswie bisher - auch hydraulisch oder pneumatisch moduliert werden. Eine wesentliche Verbesserung des technischen Aufwandes kann bereits erreicht werden, wenn das Bremsmoment zumindest in der Endphase des Bremsvorgangs mittels der elektromechanischen Bremsvorrichtung moduliert wird.The fluctuation in the regenerative component is preferably compensated for at least at the end of a braking process. The proportion of the generator usually decreases sharply when the vehicle is braked to a standstill and the combustion engine is only running at idle speed in the last phase of the braking process. The decreasing generator drag torque is then compensated by an increasing electromechanical braking torque. On the other hand, the braking torque in the initial phase of a braking process can, as before, also be modulated hydraulically or pneumatically. A significant improvement in the technical complexity can already be achieved if the braking torque is modulated at least in the final phase of the braking process using the electromechanical braking device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während des gesamten regenerativen Bremsvorgangs ausschließlich das Moment der elektromechanischen Bremsvorrichtung moduliert.According to a preferred embodiment of the invention, only the moment of the electromechanical braking device is modulated during the entire regenerative braking process.
Außerdem wird vorzugsweise das Bremsmoment der hydraulischen bzw. pneumatischen Bremsvorrichtung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Hierzu werden z. B. Ventile der Bremsanlage entsprechend angesteuert. Durch die Begrenzung des hydraulischen Anteils muss bei der Modulation des elektromechanischen Anteils nicht auch noch ein variierender hydraulischer Anteil berücksichtigt werden. Die Modulation kann somit wesentlich vereinfacht werden.In addition, the braking torque of the hydraulic or pneumatic braking device is preferably limited to a predetermined value. For this z. B. valves of the brake system are controlled accordingly. Due to the limitation of the hydraulic component, a varying hydraulic component does not also have to be taken into account when modulating the electromechanical component. The modulation can thus be significantly simplified.
Der Generator wird grundsätzlich vorzugsweise derart betrieben, dass der Anteil der erzeugten elektrischen Generatorleistung maximal ist. Dadurch kann ein Maximum an elektrischer Energie zurück gewonnen werden.In principle, the generator is preferably operated in such a way that the proportion of the electrical generator power generated is at a maximum. As a result, a maximum of electrical energy can be recovered.
Um einen im Bordnetz vorgesehenen Energiespeicher (z. B. eine Batterie oder einen Super-Cap) im Rekuperationsbetrieb nicht zu überladen, muss der Ladezustand des Energiespeichers bekannt sein. Es ist daher eine Einrichtung, wie z. B. eine aus dem Stand der Technik bekannte Ladezustandserkennung vorgesehen, die den Ladezustand des Energiespeichers überwacht. Die Zustandserkennung kann z. B. als Software in einem Steuergerät hinterlegt sein.In order not to overcharge an energy store provided in the vehicle electrical system (e.g. a battery or a super-cap) in recuperation mode, the state of charge of the energy store must be known. It is therefore a facility such. B. is provided known from the prior art state of charge detection that monitors the state of charge of the energy storage. The status detection can e.g. B. be stored as software in a control unit.
Wenn während eines regenerativen Bremsvorgangs eine fahrdynamische Grenzsituation auftritt, in der eine Schlupfregelung (z. B. ABS oder ESP) durchgeführt werden muss, wird der Generator vorzugsweise vollständig ausgeschaltet bzw. der Anteil des Generators zumindest stark reduziert. Dadurch soll eine Beeinträchtigung der Schlupfregelung durch den Generator ausgeschlossen werden.If, during a regenerative braking process, a driving dynamics limit situation occurs in which slip control (eg ABS or ESP) has to be carried out, the generator is preferably switched off completely or the proportion of the generator is at least greatly reduced. This is intended to rule out any impairment of the slip control by the generator.
Im Falle einer Schlupfregelung können bezüglich der notwendigen Modulation der Bremskraft verschiedene Strategien gefahren werden. Gemäß einer ersten Ausführungsform kann beispielsweise der Anteil der hydraulischen bzw. pneumatischen Bremsvorrichtung konstant gehalten und nur der elektromechanische Anteil moduliert werden. Der hydraulische Anteil kann dabei auch gegen Null zurückgefahren und die Modulation des Bremsmoments allein mittels der elektromechanischen Bremsvorrichtung durchgeführt werden.In the case of slip control, various strategies can be used with regard to the necessary modulation of the braking force. According to a first embodiment, for example, the component of the hydraulic or pneumatic braking device can be kept constant and only the electromechanical component can be modulated. The hydraulic component can also be reduced to zero and the braking torque can be modulated solely by means of the electromechanical braking device.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann natürlich auch der elektromechanische Anteil auf einen vorgegebenen konstanten Wert gesetzt und die Schlupfregelung mittels der hydraulischen bzw. pneumatischen Bremsvorrichtung durchgeführt werden. Auch hier kann wiederum der elektromechanische Anteil gegen Null zurückgefahren und die Schlupfregelung ausschließlich mittels der hydraulischen bzw. pneumatischen Bremsvorrichtung durchgeführt werden.According to a second embodiment, of course, the electromechanical component can also be set to a predetermined constant value and the slip control can be carried out by means of the hydraulic or pneumatic brake device. Here, too, the electromechanical component can be reduced towards zero and the slip control can be carried out exclusively by means of the hydraulic or pneumatic braking device.
Wahlweise könnte die Schlupfregelung auch mittels beider Bremsvorrichtungen, d. h. der hydraulischen bzw. pneumatischen und der elektromechanischen Bremsvorrichtung gleichzeitig durchgeführt werden.Optionally, the slip control could also be carried out by means of both braking devices, i. H. the hydraulic or pneumatic and the electromechanical braking device are carried out simultaneously.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist vorzugsweise Software basiert und wird von einem Steuergerät kontrolliert. Das Steuergerät umfasst vorzugsweise einen Koordinator (Software-Algorithmus), der u. a. die Aufteilung des gewünschten Gesamt-Bremsmoments auf die einzelnen Bremssysteme bzw. den Generator bestimmt.The method described above is preferably software-based and is controlled by a control unit. The control unit preferably comprises a coordinator (software algorithm) which i.a. the distribution of the desired total braking torque to the individual braking systems or the generator is determined.
Das Vorliegen einer fahrdynamischen Grenzsituation wird üblicherweise von einem Fahrdynamikregelungs-Steuergerät überwacht.The presence of a driving dynamics limit situation is usually monitored by a driving dynamics control unit.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 die Bremsmomentenverteilung in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 die Bremsmomentenverteilung in einem Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
3 die Bremsmomentenverteilung vor und nach dem Eintreten einer fahrdynamischen Grenzsituation; - Fi. 4 die Bremsmomentenverteilung in einer fahrdynamischen Grenzsituation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
-
5 die Bremsmomentenverteilung in einer fahrdynamischen Grenzsituation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
6 die Bremsmomentenverteilung in einer fahrdynamischen Grenzsituation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
7 ein schematisches Blockschaltbild der wesentlichen Elemente eines Fahrzeugsystems zum regenerativen Bremsen; und -
8 eine schematische Darstellung eines hydraulisch-elektrischen Radbremse.
-
1 the braking torque distribution in a vehicle according to a first embodiment of the invention; -
2 the braking torque distribution in a vehicle according to a second embodiment of the invention; -
3 the braking torque distribution before and after the occurrence of a driving dynamics limit situation; - Fi. 4 shows the braking torque distribution in a driving dynamics limit situation according to a first embodiment of the invention;
-
5 the braking torque distribution in a driving dynamics limit situation according to a first embodiment of the invention; -
6 the braking torque distribution in a driving dynamics limit situation according to a first embodiment of the invention; -
7 a schematic block diagram of the essential elements of a vehicle system for regenerative braking; and -
8th a schematic representation of a hydraulic-electric wheel brake.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Der Generator wird vorzugsweise so betrieben, dass ein möglichst hoher Anteil der gewünschten Gesamtverzögerung (die der Fahrer durch Betätigung des Fuß-Bremspedals vorgibt) durch den Generator 2 bewirkt und somit ein Maximum an Energie zurück gewonnen werden kann. Der vom Generator erzeugte Anteil R ist im Verlauf eines Bremsvorgangs nicht konstant, sondern abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und dem Ladezustand bzw. der Aufnahmefähigkeit des elektrischen Bordnetzes. Bei einer voll aufgeladenen Batterie bzw. Super-Cap kann nur sehr wenig bzw. gar keine elektrische Energie in das Bordnetz gespeist werden. Das vom Generator 2 erzeugte Schleppmoment kann daher relativ stark variieren.The generator is preferably operated in such a way that the highest possible proportion of the desired total deceleration (specified by the driver by actuating the foot brake pedal) is effected by the
Der schwankende Anteil R des Generators 2 wird hier allein durch die elektromechanische Trommelbremse kompensiert. Der Anteil H der hydraulischen Scheibenbremse 9 wird dagegen auf einen konstanten Wert begrenzt und auf diesem Wert gehalten. Zur Begrenzung des hydraulischen Bremsmoments H können beispielsweise Ventile in der hydraulischen Bremsanlage entsprechend angesteuert werden. Die Begrenzung erfolgt während der gesamten Dauer t0 des Bremsvorgangs.The fluctuating portion R of the
Bei einem Bremsvorgang, wie er beispielhaft in den
Der Anteil R, E, H ist abhängig von der aktuellen Fahrsituation, dem gewünschten Gesamt-Bremsmoment und - bei regenerativem Bremsen - der Aufnahmefähigkeit des elektrischen Bordnetzes, insbesondere der Batterie bzw. eines Super-Caps. Die Information über die Art des Bremsvorgangs (mit oder ohne Schlupfregelung) wird dem Steuergerät 1 von einem externen ESP- bzw. ABS-Steuergerät 10 zugeführt. Der aktuelle Ladezustand bzw. die Aufnahmefähigkeit der Batterie 4 wird dem Steuergerät von einer Batterie-Zustandserkennungseinrichtung zugeführt.The proportion R, E, H depends on the current driving situation, the desired total braking torque and - in the case of regenerative braking - the capacity of the on-board electrical system, in particular the battery or a super-cap. The information about the type of braking process (with or without slip control) is supplied to control unit 1 by an external ESP or
Der Betriebszustand des Generators 2 und insbesondere die abgegebene Wirkleistung werden mittels eines Pulswechselrichters 3 (PWR) eingesellt.The operating state of the
Die dargestellte Bremse umfasst ferner eine elektromechanische Trommelbremse, die hier insgesamt mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet ist. Die elektromechanische Trommelbremse 6 umfasst Bremsbacken 13, die mittels eines elektrischen Antriebs 14 betätigt werden. Die Bremsbacken 13 wirken mit der Reibfläche einer Bremstrommel 12 zusammen, die als bauliche Einheit mit der Bremsscheibe 11 verbunden ist.The brake shown also includes an electromechanical drum brake, which is denoted here overall by the
Die elektromechanische Trommelbremse 6 wird vorzugsweise auch als automatische Parkbremse genutzt.The
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- 2006-11-27 DE DE102006055799.9A patent/DE102006055799B4/en active Active
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