DE102007022849A1

DE102007022849A1 - Fahrerunterstützungssystem mit mehreren elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE102007022849A1
Application number: DE102007022849A
Authority: DE
Inventors: Volker Mehl; Tobias Leimbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beeinflussen des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs (1). Der Wirkungsgrad des Fahrzeugs kann verbessert werden, wenn ein System vorgesehen ist, das mehrere elektrische Maschinen (3) umfasst, die jeweils einem der Räder (2) des Fahrzeugs (1) zugeordnet sind und die wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden können. Die elektrischen Maschinen (3) sind vorzugsweise mit einer Steuereinheit (4, 5) verbunden, welche die elektrischen Maschinen (3) individuell ansteuern kann, um das Fahrzeug (1) zu beschleunigen, zu verzögern und/oder ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs (1) zu erzeugen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Beeinflussen des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs (Fahrerunterstützungssystem) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Moderne Fahrzeuge umfassen üblicherweise verschiedene Fahrerunterstützungssysteme, die in bestimmten Fahrsituationen automatisch in den Fahrbetrieb eingreifen, um das Fahrzeug zu stabilisieren oder den Fahrer anderweitig zu unterstützen. Hierzu zählen insbesondere Fahrdynamikregelungssysteme, wie z. B. ESP, aber auch so genannte Fahrerassistenzsysteme, wie z. B. ACC (Adaptive Cruise Control), Spurhaltesysteme bzw. Lenkassistenzsysteme, etc.. Diese Systeme nutzen in der Regel die Bremsanlage oder die Lenkung des Fahrzeugs als Stellglied für einen Regeleingriff. Bei der Durchführung von automatischen Bremseingriffen wird die kinetische Energie des Fahrzeugs in Wärme umgesetzt. Diese Energie geht während eines solchen Bremsvorgangs verloren und verschlechtert somit den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrerunterstützungssystem mit automatischem Bremseingriff zu schaffen, das einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, das Fahrzeug mit mehreren elektrischen Maschinen auszustatten, die jeweils einem der Räder des Fahrzeugs zugeordnet sind. Die elektrischen Maschinen sind vorzugsweise im Motor- oder Generatorbetrieb betreibbar. Im Generatorbetrieb kann elektrische Energie zurück gewonnen werden (Rekuperation), die beispielsweise in einem Energiespeicher des Bordnetzes gespeichert oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher genutzt werden kann. Im Motorbetrieb kann das zugehörige Rad beschleunigt werden. Grundsätzlich ist es möglich, das Fahrzeug zu beschleunigen, zu verzögern und/oder ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs zu erzeugen. Die einzelnen elektrischen Maschinen sind mit einer Steuereinheit verbunden und können von dieser individuell angesteuert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen elektrischen Maschinen direkt an einer Achse des Fahrzeugs in Radnähe montiert.
Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ein Steuergerät und je einen Umrichter für jede Maschine, der mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden kann. Im Falle von mehrphasigen elektrischen Maschinen erzeugt der Umrichter ein änderbares elektromagnetisches Drehfeld, das ein Antriebsmoment bewirkt, wenn es schneller dreht als die Rad-Drehzahl, und ein Bremsmoment erzeugt, wenn es langsamer dreht als die Rad-Drehzahl des zugehörigen Rades. Jede Maschine kann individuell angesteuert werden.
Das vorstehend beschriebene Fahrzeugsystem kann beispielsweise im Rahmen einer Fahrdynamik-, Abstands-, oder Geschwindigkeitsregelung oder eines anderen Fahrzeugsystems genutzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das System einen zusätzlichen Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie oder einen Kondensator, mittels dessen die Umrichter bei einem Ausfall des übrigen Bordnetzes in einem Notbetrieb betrieben werden können. Bei einem Ausfall des Bordnetzes ist es somit möglich, das Fahrzeug „elektrisch" mittels der elektrischen Maschinen zu bremsen. Der in diesem Fall von den elektrischen Maschinen erzeugte Strom kann zum Betrieb sicherheitsrelevanter Verbraucher, wie z. B. von Bremsaktuatoren in Fahrzeugen mit elektrisch aktuierten Bremsen, verwendet werden.
Das Fahrzeug kann wahlweise mit zwei oder mehr elektrischen Maschinen ausgestattet sein. Vorzugsweise sind vier elektrische Maschinen vorgesehen, die jeweils einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet sind. Bei nur zwei elektrischen Maschinen sind diese vorzugsweise an der Vorderachse montiert.
Das Steuergerät des erfindungsgemäßen Systems ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die darin integrierte Software den aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs aus verschiedenen Sensordaten bestimmt und die einzelnen elektrischen Maschinen bzw. deren Umrichter situationsabhängig ansteuert.
In Fahrsituationen, in denen das ABS- oder TCS-System eingreift und eine Schlupfregelung durchführt – wenn wenigstens eines der Räder einen hohen Brems- oder Antriebsschlupf aufweist – sollte die Schlupfregelung durch die elektrischen Maschinen nicht beeinträchtigt werden. Die Schlupfregelung hat aus Gründen der Sicherheit höchste Priorität. Der im Steuergerät hinterlegte Algorithmus ist daher vorzugsweise so ausgelegt, dass das von der elektrischen Maschine ausgeübte Moment in diesem Fall zumindest für das Rad mit dem zu hohen Bremsschlupf reduziert oder ganz zurückgenommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs von oben mit insgesamt vier elektrischen Maschinen; und
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs von oben, das insgesamt mit zwei elektrischen Maschinen ausgestattet ist.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Aufsicht auf ein Fahrzeug 1 mit vier Rädern 2 in schematischer Darstellung. Jedem der Räder 2 ist eine (3-phasige) elektrische Maschine 3 zugeordnet, die direkt mit den einzelnen Wellen bzw. Radnaben in Verbindung steht.
Das Gesamtsystem umfasst ferner ein Steuergerät 5, das mit mehreren Umrichtern 4 verbunden ist. Die einzelnen Umrichter 4 können vom Steuergerät individuell betrieben werden und erzeugen entsprechend ein Drehfeld, das schneller oder langsamer rotiert als der Läufer der elektrischen Maschinen 3. Falls sich das Drehfeld schneller dreht als der zugehörige Läufer, entsteht ein Antriebsmoment, welches das entsprechende Rad 2 zusätzlich antreibt. Falls sich das Drehfeld dagegen langsamer dreht, entsteht ein Bremsmoment, welches das betreffende Rad 2 individuell bremst. Durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Umrichter 4 bzw. elektrischen Maschinen 3 kann somit das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert werden, oder es kann ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs erzeugt werden. Im Falle eines übersteuernden Fahrzeugs kann z. B. ein Giermoment erzeugt werden, das der zu starken Gierbewegung des Fahrzeugs entgegen wirkt.
Das erfindungsgemäße System kann im Rahmen verschiedenster Fahrerunterstützungssysteme, wie z. B. Fahrdynamikregler, Spurhaltesysteme, aktiver Lenksysteme, etc. als Stellglied für einen entsprechenden Regeleingriff genutzt werden. Die Verwendung von elektrischen Maschinen 3 hat darüber hinaus den Vorteil, dass im Generatorbetrieb elektrische Leistung erzeugt wird, die in einem Energiespeicher gespeichert oder anderweitig zur Versorgung elektrischer Verbraucher genutzt werden kann. Der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs wird somit erhöht.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Fahrzeugsystem eine zusätzliche Energiequelle 6, wie z. B. eine Batterie oder einen Kondensator, mittels derer die Umrichter 4 bei Ausfall des übrigen Bordnetzes versorgt werden können.
2 zeigt eine Aufsicht auf ein Fahrzeug 1 mit einem Fahrzeugsystem entsprechend 1. Im Unterschied zu 1 ist das Fahrzeug 1 hier jedoch nur mit zwei elektrischen Maschinen 3 ausgestattet, die in diesem Fall an der Vorderachse des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Funktionalität des Systems unterscheidet sich im Übrigen nicht von derjenigen von 1.

Claims

Vorrichtung zum Beeinflussen des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs (1), umfassend mehrere elektrische Maschinen (3), die jeweils einem der Räder (2) des Fahrzeugs (1) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Maschinen (3) wahlweise im Motor- oder im Generatorbetrieb betreibbar und mit einer Steuereinheit (4, 5) verbunden sind, die sie individuell ansteuern kann, um das Fahrzeug (1) oder einzelne Räder (2) zu beschleunigen, zu verzögern und/oder ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs (1) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrischen Maschine (3) ein separater Umrichter (4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4, 5) ein Steuergerät (5) und mehrere Umrichter (4) umfasst, die mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Energiequelle (6) vorgesehen ist, mittels derer die Umrichter (4) bei Ausfall des Bordnetzes betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei elektrische Maschinen (3) vorgesehen sind, die an der Vorderachse des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier elektrische Maschinen vorgesehen sind, die jeweils einem der Räder (2) des Fahrzeugs (1) zugeordnet sind.
Steuereinheit (4, 5), umfassend Mittel zum Steuern von elektrischen Maschinen (3), die in einem Fahrzeug (1) jeweils einem der Räder (2) zugeordnet sind und wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden können.
Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Steuern der elektrischen Maschinen (3) so ausgelegt sind, dass bei Blockieren oder Durchdrehen mindestens eines Rades (2) das von der zugehörigen elektrischen Maschine (3) ausgeübte Moment reduziert oder vollständig zurückgenommen wird.