DE102009039614A1 - Verfahren zur Steuerung eines rekuperativen Verzögerungssystems für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines rekuperativen Verzögerungssystems für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Verzögerungssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch-regenerativen System zum Abbremsen des Fahrzeugs durch Aufbringen eines Rekuperationsmoments an mindestens einem Antriebsrad oder mindestens einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs, wobei im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs anhand vorgegebener Kennlinien und/oder Kenngrößen ein Soll-Rekuperationsmoment ermittelt und durch das elektrisch-regenerative System aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird dabei bei Erkennen eines stabilitätskritischen Zustands oder bei Vermuten eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands im Schubbetrieb das vom elektrisch-regenerativen System aktuell aufgebrachte Soll-Rekuperationsmoment reduziert.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Verzögerungssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch-regenerativen Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Insbesondere bei Hybridfahrzeugen oder bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist für den Antrieb des Fahrzeugs eine elektrische Maschine vorgesehen, die während bestimmter Betriebszustände des Fahrzeugs, in denen das Fahrzeug verzögert werden soll, als Generator zur Energierückgewinnung (Rekuperation) eingesetzt wird. Zweck eines derartigen elektrisch-regenerativen Systems bzw. eines Generators ist, zumindest einen Teil der beim Verzögern umgesetzten Energie im Fahrzeug zurückzugewinnen und ggf. zu speichern. Diese gespeicherte Energie kann dann für den Antrieb oder sonstige Systeme des Fahrzeugs verwendet werden.
  • Derzeit sind verschiedene Betriebskonzepte denkbar, wann die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. So kann dies bereits immer dann erfolgen, sobald das Fahrpedal gelöst wird bzw. keine Leistung vom Antrieb angefordert wird (= Schubrekuperation). Alternativ kann der Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine auch erst dann aktiviert werden, wenn ein Bremsvorgang eingeleitet wird, sei es aufgrund einer Fahrervorgabe über das Bremspedal oder einer systembedingten Bremsvorgabe, wie sie bspw. bei Fahrzeugen mit Geschwindigkeitsregelsystemen angefordert werden (= Bremsrekuperation). Außerdem kann eine Überlagerung der beschriebenen Schub- und Bremsrekuperation stattfinden.
  • Die (zusätzliche) Verzögerungswirkung des elektrisch-regenerativen Systems und die damit verbundenen zusätzlichen Längskräfte können sich u. U. nachteilig auf die Fahrdynamik des Fahrzeugs auswirken. So kann sich zwischen den Achsen durch die (zusätzliche) Bremswirkung der elektrisch-regenerativen Bremse, die nur auf die Antriebsachse wirkt, eine Längskraftverteilung einstellen, die deutlich von der durch die Auslegung der Bremsanlage bedingten „installierten” Bremskraftverteilung abweicht. Dieser Effekt tritt auch bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und ohne rekuperatives Antriebs-/Bremssystem auf und kann bedarfsgerecht durch ein vorhandenes Stabilisierungssystem, insbesondere durch eine Motorschleppmoment-Regelung korrigiert werden. Eine derartige Regelung kann bei Fahrzeugen mit elektrifizierten Antrieben ebenfalls zum Einsatz kommen.
  • Bei Fahrzeugen mit rekuperativen Antriebs- bzw. Verzögerungssystem sind wegen des Wunsches, möglichst viel Bremsenergie zurückzugewinnen, stärkere Auswirkungen zu erwarten. Je nach Höhe des Generatormoments und je nach Fahrsituation kann sich das Rekuperationsmoment fahrdynamisch nachteilig auswirken. Insbesondere kann auf glatten Straßen und in der Nähe des fahrdynamischen Grenzbereichs der Fall eintreten, dass die Antriebsräder (auf die das elektrisch-regenerative System einwirkt) die aufgrund des aktuellen Schubrekuperationsmoments geforderte rekuperative Verzögerung nicht ausreichend übertragen können. Bei Fahrzeugen mit Frontantrieb kann dies zu Untersteuern des Fahrzeugs, und bei Fahrzeugen mit Heckantrieb zu Übersteuern führen.
  • So offenbart die DE 103 32 207 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems mit einer Reibungsbremsanlage und einer Rekuperationsbremsanlage bzw. einer elektrisch-regenerativen Bremsanlage. Dabei wird bei einem angeforderten Bremseingriff (also im Bremsrekuperationsbetrieb) ausschließlich die Reibungsbremsanlage zum Abbremsen des Fahrzeugs angesteuert, wenn eine vorgegebene Abschaltbedingung für die Rekuperationsbremsanlage erfüllt ist. Eine derartige Abschaltbedingung ist dann erfüllt, wenn eine die Fahrzeuglängsdynamik beschreibende Längsdynamikgröße außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, oder wenn die Raddrehzahldifferenz der angetriebenen Räder einer Fahrzeugachse größer als ein Drehzahlschwellwert ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Verfahren zur Steuerung eines elektrisch-regenerativen Verzögerungssystems anzugeben, welches bei Schubrekuperation einen stabilen Fahrzeugzustand gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Gegenständen der abhängigen Patentansprüche.
  • Bei der Erfindung wird von einem Kraftfahrzeug mit einem elektrisch-regenerativen System ausgegangen, dass einerseits als Antriebseinheit zum Antreiben des Fahrzeugs und andererseits im Schubbetrieb als Verzögerungssystem zum Abbremsen bzw. Verzögern des Fahrzeugs durch Aufbringen eines Rekuperationsmoments zum Einsatz kommen kann. Der Angriffspunkt des elektrisch-regenerativen Systems ist zumindest ein Antriebsrad, insbesondere aber zwei oder mehr Antriebsräder des Fahrzeugs bzw. ist zumindest eine Antriebsachse des Fahrzeugs, d. h. durch Aufbringen des Rekuperationsmoments wird das Fahrzeug durch Einwirken auf die Antriebsräder verzögert.
  • Im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs (d. h. es wird kein positives bzw. antreibendes Antriebsmoment angefordert) wird anhand vorgegebener Kennlinien und/oder Kenngrößen ein Soll-Schubrekuperationsmoment ermittelt und – wenn möglich – (zumindest anfänglich) durch das elektrisch-regenerative System aufgebracht.
  • Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass bei Vorliegen vorgegebener Reduzierungsbedingungen im Schubbetrieb, insbesondere bei Erkennen eines stabilitätskritischen Zustands oder bei Vermuten eines zukünftigen (bzw. bei einem Indiz eines sich anbahnenden) stabilitätskritischen Zustands im Schubbetrieb das vom elektrisch-regenerativen System aufgebrachte (Soll-)Rekuperationsmoment reduziert wird, so dass eine Instabilität des Fahrzeugs verhindert wird. Dieses Verfahren ist für alle Fahrzeuge geeignet, die mit einem entsprechenden elektrisch-regenerativen (Antriebs-)System ausgestattet sind, d. h. es kann sowohl in Fahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb wie auch in Fahrzeugen mit hybriden Antrieb aus Verbrennungsmotor und elektrischen System angewendet werden.
  • Vorteilhafterweise kann neben der Bewertung der aktuellen Stabilität des Fahrzustands auch das Erkennen eines sich anbahnenden stabilitätskritischen Zustands durch Auswertung zumindest eines vorgegebenen Präventivsignals vorgenommen werden. Unter einem Präventivsignal sind solche Signale oder Parameter zu verstehen, die sich bereits vor einer Destabilisierung des Fahrzeugs derart verändern bzw. verändert werden, dass daraus eine zukünftige Destabilisierung des Fahrzeugs zu erkennen oder zu vermuten ist. Ein solches Präventivsignal kann eine Fahrervorgabe oder ein sich aufgrund einer Fahrervorgabe einstellender bzw. sich verändernder Fahrzustandsparameter oder ein Fahrzeugzustandsparameter sein.
  • Vorteilhafterweise kann aufgrund einer Auswertung folgender Präventivkriterien (Fahrervorgaben und/oder aktuelle Fahrzustandsparameter) auf einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs geschlossen werden: Lenkwinkelgeschwindigkeit, Lenkwinkel, erzeugter Bremsdruck, zurückgelegter Bremspedalweg und/oder Fahrpedalwinkel, Lösegradient des Fahrpedals und/oder Betätigungsgradient des Bremspedals und/oder die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung. Alternativ oder zusätzlich können auch derartige Signale ausgewertet werden, die mit der aktuellen Fahrsituation korrelieren, wie z. B. die Fahrzeug- oder Radgeschwindigkeit, der Radschlupf, der Fahrbahnreibwert, die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Antriebseinheit, die Längs- und Querbeschleunigung sowie die Gierrate des Fahrzeugs und/oder der Fehlerstatus bzw. der Aktivierungszustand eines Stabilisierungssystems. Zusätzlich können bspw. auch Informationen aus vorhandenen Fahrerassistenzsystemen, wie z. B. einer Kollisionswarnung ausgewertet werden.
  • Um einen stabilen Zustand gewährleisten zu können, kann das aktuell aufgebrachte (Soll-)Rekuperationsmoment auf Null oder ein maximal zulässiges, reduziertes Soll-Rekuperationsmoment reduziert werden, wobei hier ein konstanter oder ein variabler Wert vorgegeben werden kann. Wird das Verfahren zur Stabilisierung bzw. Stabilitätserhaltung in einem Fahrzeug eingesetzt, dessen Antrieb sich bspw. aus einem Hybridantrieb bestehend aus einem Verbrennungsmotor und dem als Antriebseinheit ausgebildeten elektrisch-regenerativen System zusammensetzt, kann unter der Voraussetzung, dass bei einer aufgrund des Stabilitätszustands des Fahrzeugs notwendigen Reduzierung des Rekuperationsmoments im Schubbetrieb noch ein Verzögerungsmoment des Verbrennungsmotors wirkt, das Soll-Rekuperationsmoment in einfachster Ausgestaltung auf Null reduziert werden. Dies führt jedoch dazu, dass während dieses Betriebszustands keine Energie zurückgewonnen werden kann. Wird das Fahrzeug im Schubbetrieb jedoch lediglich durch das Aufbringen des Rekuperationsmoment verzögert (so der Fall z. B. bei reinen Elektrofahrzeugen ohne Verbrennungsmotor), sollte das Rekuperationsmoment im stabilitätskritischen Zustand lediglich auf ein derartiges Stabilitätsrekuperationsmoment reduziert werden, dass sich ein Verzögerungsmoment einstellt, das mit einem zu erreichenden Verzögerungsmoment bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bei gleichen Betriebsbedingungen im Schubbetrieb zumindest nahezu identisch ist oder dass das rekuperative Verzögerungsmoment nicht auf Null reduziert wird, damit eine gewisse Mindestverzögerung erhalten bleibt.
  • Um eine maximale Energierückgewinnung ermöglichen zu können, sollte das aktuell aufgebrachte (Soll-)Rekuperationsmoment vorteilhafterweise nicht auf Null, sondern nur auf ein Momentenniveau reduziert werden, dass bei dessen Umsetzung die Stabilität des Fahrzeugs zumindest gerade noch gewährleistet werden kann (also eine vorgegebene Stabilitätsbedingung erfüllt wird bzw. erfüllt bleibt). Das entsprechende, maximal zulässige, reduzierte Soll-Rekuperationsmoment kann bspw. in Abhängigkeit der oben genannten Fahrervorgaben, Fahrzustands- und/oder Fahrzeugzustandsparameter vorgegeben werden.
  • Wird bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen trotz Reduzierung des Rekuperationsmoment weiterhin ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt oder vermutet, müssen die aus konventionellen Fahrzeugen bekannten Stabilisierungsfunktionen eingreifen und wieder einen stabilen Fahrzustand herstellen. Wird bspw. bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb trotz Reduzierung des Rekuperationsmoment (auf Null) weiterhin ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt oder vermutet, kann zum Erreichen – oder Halten – eines stabilen Fahrzeugzustands eine entsprechende Motorschleppregelung des Verbrennungsmotors, ggf. auch weitere Stabilisierungsfunktionen, wie sie bei herkömmlichen Fahrzeugen bereits üblich ist, vorgenommen werden. Dies bedeutet, dass die Motorschleppregelung bspw. erst dann eingreift, wenn die Reduktion des generatorischen Schleppmoments, wie sie hier vorgeschlagen ist, nicht genügt, um die Fahrzeugstabilität zu gewährleisten.
  • Vorteilhafterweise kann das im Schubbetrieb (zur Stabilisierung des Fahrzeugs) maximal zulässige, reduzierte Soll-Rekuperationsmoment wieder erhöht werden, wenn aufgrund vorgegebener Bedingungen und/oder Betriebsparameter des Fahrzeugs eine Erhöhung zugelassen wird. Insbesondere kann das Rekuperationsmoment dann wieder auf das anfänglich vorgegebene Soll-Rekuperationsmoment erhöht werden. Bei den vorgegebenen Bedingungen kann es sich bspw. um eine bereits oben erwähnte Stabilitätsbedingung handeln, die als erfüllt gilt, wenn kein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs (ggf. für eine vorgegebene Zeitdauer) erkannt oder vermutet wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Soll-Rekuperationsmoment im Schubbetrieb des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals variabel vorgegeben bzw. gesteuert werden, d. h. das im Schubbetrieb des Fahrzeugs aufzubringende Rekuperationsmoment ist durch die Stellung des Fahrpedals dosierbar. Das Gaspedal wird somit zu einem „Verzögerungs-Bedienelement”. Das Soll-Rekuperationsmoment kann dann innerhalb eines bestimmten Pedalwegs vom Punkt des „freien Rollens” (weder ein antreibendes, noch ein verzögerndes Antriebsmoment wird angefordert) bis zum vollständigen Lösen des Gaspedals (entspricht einer maximalen Anforderung des Soll-Rekuperationsmoments) unterschiedlich vorgegeben werden. Der Zusammenhang zwischen der Höhe der Fahrpedalbetätigung und der Höhe des anzufordernden Rekuperationsmoment kann z. B. über Kennlinien oder Kennfelder geeignet festgelegt werden.
  • Analog dazu kann auch das zum Vermeiden eines stabilitätskritischen Zustands des Fahrzeugs erforderliche Stabilitäts-Rekuperationsmoment im Schubbetrieb in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals vorgegeben werden.
  • Die Erfindung bietet somit den Vorteil, dass durch die präventive Vermeidung bzw. das frühzeitige (reaktive) Erkennen einer Destabilisierung des Fahrzeugs im Schubbetrieb und der daraus resultierenden bedarfsgerechten Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Einheit aufgebrachten Rekuperationsmoments somit die Anzahl der ansonsten notwendigen stabilisierenden Regeleingriffe eines Stabilisierungssystems reduziert werden können und dennoch ein hohes Maß an Fahrstabilität erreicht werden kann. Das vorgeschlagene Verfahren, das als Funktion in einem Steuergerät implementiert sein kann, ermöglicht den Kompromiss zwischen optimaler Energieeffizienz durch bestmögliche Ausnutzung des Rekuperationspotentials und des Fahrkomforts durch Vermeidung von ungleichmäßigen Verzögerungen und ggf. unkomfortablen Regeleingriffen einerseits, und der Sicherstellung der Fahrstabilität andererseits.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10332207 A1 [0006]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Verzögerungssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch-regenerativen System zum Abbremsen des Fahrzeugs durch Aufbringen eines Rekuperationsmoments an mindestens einem Antriebsrad oder mindestens einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs, wobei im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs anhand vorgegebener Kennlinien und/oder Kenngrößen ein Soll-Rekuperationsmoment ermittelt und durch das elektrisch-regenerative System aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines stabilitätskritischen Zustands oder bei Vermuten eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands im Schubbetrieb das vom elektrisch-regenerativen System aktuell aufgebrachte Soll-Rekuperationsmoment reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuell aufgebrachte Soll-Rekuperationsmoment auf Null oder ein vorgegebenes, maximal zulässiges, reduziertes Soll-Rekuperationsmoment reduziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als maximal zulässiges, reduziertes Soll-Rekuperationsmoment ein konstanter oder ein variabler Wert vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal zulässige, reduzierte Soll-Rekuperationsmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparametern des Fahrzeugs vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch kennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit rein elektrischen Antrieb bei Reduzierung des aktuell aufgebrachten Soll-Rekuperationsmoments aufgrund des Erkennens oder Vermutens eines stabilitätskritischen Zustands das Stabilitäts-Rekuperationsmoment derart vorgegeben wird, dass sich ein Verzögerungsmoment größer Null einstellt, das mit einem zu erreichenden Verzögerungsmoment bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bei gleichen Betriebsbedingungen im Schubbetrieb zumindest nahezu identisch ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch kennzeichnet, dass das maximal zulässige, reduzierte Soll-Rekuperationsmoment derart vorgegeben wird, dass eine vorgegebene Stabilitätsbedingung erfüllt wird und/oder erfüllt bleibt.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb, der sich aus einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antrieb zusammensetzt oder bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Voraussetzung, dass trotz Reduzierung des Rekuperationsmoments ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs weiterhin erkannt oder zukünftig vermutet wird, zum Erreichen oder Halten eines stabilen Fahrzeugzustands ein fahrdynamischer Regeleingriff durch ein Stabilisierungssystem, insbesondere ein fahrdynamischer Regeleingriff durch die Bremshydraulik vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Erkennen oder Vermuten des stabilitätskritischen Zustands aufgebrachte reduzierte Rekuperationsmoment wieder erhöht wird, insbesondere auf das vorgegebene Soll-Rekuperationsmoment erhöht wird, wenn aufgrund vorgegebener Bedingungen und/oder Betriebsparameter des Fahrzeugs eine Erhöhung zugelassen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Rekuperationsmoment im Schubbetrieb des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals vorgeben wird, insbesondere derart, dass das Soll-Rekuperationsmoment mit geringerer Auslenkung des Gaspedals größer vorgegeben wird.
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