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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Steuervorrichtungen, um eine Rekuperation bei einem Elektrofahrzeug durchzuführen, sowie eine entsprechend ausgestaltetes Elektrofahrzeug.
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Die
DE 10 2007 039 107 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Rekuperation von Energie in einem Kraftfahrzeug während eines rekuperationsfähigen Betriebszustands des Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2008 023 305 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rekuperationsmoments einer Hybridantriebseinheit.
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Die
DE 10 2008 012 636 A1 beschreibt eine Bremsanlage, wobei einem Fahrer angezeigt wird, bei welcher Stellung des Bremspedals eine maximale generatorische Leistung der elektrischen Maschine erreicht ist.
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Aus der
DE 44 37 322 A1 ist eine Motorbremse bei einem fahrergesteuerten Fahrzeug mit Elektromotor bekannt, der als Generator geschaltet als Bremse mit definierter Bremswirkung dient, wobei die definierte Bremswirkung vom Fahrer einstellbar und/oder programmierbar ist. Dabei ist die definierte Bremswirkung mit einem Stellglied vom Fahrer einstellbar. Das Stellglied kann beispielsweise die Fußbremse sein.
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Aus der
DE 10 2007 035 424 A1 ist eine Bedienschnittstelle in einem Fahrzeug bekannt, das einen Antriebsstrang mit wenigstens einer Antriebseinheit umfasst, wobei die Bedienschnittstelle vorgesehen ist zur individuellen, fahrerseitigen Selektion des Segelns des Fahrzeugs, also einem Zustand, bei dem keine Leistung von einer Antriebseinheit in den Antriebsstrang eingeleitet und damit das Fahrzeug weder angetrieben noch abgebremst wird, indem die oder jede Antriebseinheit in einen energieeffizienten Modus gebracht wird. Dabei kann weiter auch ein Rekuperationsbetrieb vorgesehen sein.
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Aus der
US 2005/0067889 A1 ist eine Eingabeeinheit für ein Brake-by-Wire-System bekannt, das an einem Lenkrad angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2007 039 107 A1 ist ein Verfahren zur Rekuperation von Energie in einem Kraftfahrzeug während eines rekuperationsfähigen Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs bekannt, in dem freie Energie in elektrische und/oder thermische Energie gewandelt und im Bordnetz gespeichert wird. Dabei wird bei Betätigung eines Bedienelements durch den Fahrer ein Aufforderungssignal zum Wechsel i einen Rekuperations-Betriebszustand erzeugt und auf das Aufforderungssignal in den Rekuperations-Betriebszustand gewechselt.
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Bei vielen Elektrofahrzeugen nach dem Stand der Technik tritt die Rekuperation nicht nur dann auf, wenn der Fahrer ein Bremspedal des Elektrofahrzeugs betätigt, sondern auch, wenn der Fahrer vom Fahrpedal bzw. Gaspedal des Elektrofahrzeugs geht. Die in diesem zweiten Fall auftretende Rekuperation ist nicht in jedem Fall wünschenswert.
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Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das Rekuperationsverhalten eines Fahrzeugs mit Elektromotor zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Rekuperation für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, durch eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Rekuperation eines Elektrofahrzeugs nach Anspruch 7 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Rekuperation für ein Elektrofahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst das Elektrofahrzeug einen Elektromotor zum Antrieb des Elektrofahrzeugs und einen Energiespeicher, um den Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Elektrofahrzeug umfasst ein erstes Bedienelement (z.B. ein Bremspedal), um das Elektrofahrzeug zu bremsen, ein zweites Bedienelement (z.B. ein Fahrpedal), um das Elektrofahrzeug zu beschleunigen, und ein drittes Bedienelement, mit welchem ein Soll-Rekuperationsmoment vorgegeben wird. Dabei kann es sich erfindungsgemäß bei dem dritten Bedienelement um ein (von dem ersten bzw. zweiten Bedienelement) separates Bedienelement handeln. Es ist allerdings auch möglich, dass es sich bei dem dritten Bedienelement um das erste oder um das zweite Bedienelement des Elektrofahrzeugs handelt. In einem Rekuperationsbetrieb des Elektrofahrzeugs wird die Rekuperation automatisch gemäß dem vorgegebenen Soll-Rekuperationsmoment durchgeführt, um das Elektrofahrzeug entsprechend dem Soll-Rekuperationsmoment abzubremsen. Die dem Soll-Rekuperationsmoment entsprechende elektrische Energie wird über den als Generator betriebenen Elektromotor der Energieversorgung zugeführt.
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Unter einer Rekuperation wird bei der vorliegenden Erfindung ein technisches Verfahren zur Energierückgewinnung verstanden, wobei beim Abbremsen eines Fahrzeugs die Bewegungsenergie des Fahrzeugs über einen als Generator betriebenen Elektromotor in elektrische Energie gewandelt und einem Energiespeicher des Fahrzeugs zugeführt wird. Unter einem Elektrofahrzeug wird dabei ein Fahrzeug verstanden, welches entweder ein reines Elektrofahrzeug ist, das ausschließlich mit einem Elektromotor angetrieben wird, oder ein so genanntes Hybridfahrzeug ist, welches zusätzlich noch einen Verbrennungsmotor aufweist und somit entweder mit dem Elektromotor oder mit dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Unter einem Rekuperationsbetrieb wird ein Betrieb oder Zustand des Elektrofahrzeugs verstanden, in welchem eine Rekuperation durchgeführt wird, sofern noch andere Bedingungen, wie z.B. das Loslassen des Fahrpedals, erfüllt sind.
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Indem der Fahrer des Elektrofahrzeugs über das dritte Bedienelement das Soll-Rekuperationsmoment vorgegeben kann, kann der Fahrer vorteilhafterweise das Rekuperationsverhalten seines Fahrzeugs nach seinen Wünschen einstellen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass die durch die Rekuperation erzielte Bremswirkung entsprechend der Wünsche des Fahrers eingestellt werden kann.
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Dabei wird nach einer einmaligen Betätigung des ersten Bedienelements, wobei das erste Bedienelement kurz gedrückt und wieder losgelassen wird, abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher das Bedienelement betätigt wird, der Rekuperationsbetrieb eingestellt, wobei das bei der Rekuperation verwendete Rekuperationsmoment entsprechend dem vorgegebenen Soll-Rekuperationsmoment eingestellt wird. Hierdurch kann eine Unterscheidung der Betätigung es ersten Bedienelements im Notfall erfolgen.
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Die Rekuperation wird auch dann durchgeführt, wenn Verstellweg des zweiten Bedienelements (z.B. des Fahrpedals), mit welchem eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Elektromotors vorgegeben wird, unterhalb einem vorbestimmten Verstellweg liegt. Wenn der vorbestimmte Verstellweg beispielsweise auf 10 % des maximalen Verstellwegs des zweiten Bedienelements eingestellt ist, dann wird die Rekuperation durchgeführt, wenn das zweite Bedienelement weniger als 10 % durchgetreten ist. Der vorbestimmte Verstellweg kann dabei von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig sein. Je größer (kleiner) die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, desto größer (kleiner) wird in der Regel der vorbestimmte Verstellweg eingestellt. Dadurch kann bei hohen Geschwindigkeiten bereits eine Rekuperation durchgeführt werden, wenn das zweite Bedienelement zu 20 % durchgetreten ist, während bei geringen Geschwindigkeiten selbst ein Durchtreten von nur 5 % noch nicht zu einer Rekuperation führen kann. Wenn der Verstellweg des zweiten Bedienelements unterhalb des vorbestimmten Verstellwegs liegt, wird die Rekuperation durchgeführt, wenn vorher mittels eines vierten Bedienelements des Fahrzeugs der Rekuperationsbetrieb eingeschaltet worden ist.
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Wenn die Bedingung mit dem Verstellweg vorliegt, kann das von einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor bekannte Schleppmoment vorteilhafterweise dem Wunsch des Fahrers entsprechend eingestellt werden. Dabei wird unter einem Schleppmoment dasjenige Moment verstanden, welches benötigt wird, um den eingekuppelten Verbrennungsmotor, welchem kein Betriebsmittel zugeführt wird, mitzuschleppen.
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Mit Hilfe des dritten Bedienelements können bestimmte Einstellungen hinsichtlich des Soll-Rekuperationsmoments vorgenommen werden. Dabei entspricht eine erste Einstellung des dritten Bedienelements einem vorbestimmten maximalen Soll-Rekuperationsmoment. Das heißt, wenn die erste Einstellung vorgenommen worden ist, wird das Rekuperationsmoment im Rekuperationsbetrieb derart eingestellt, dass eine vom Zustand des Elektrofahrzeugs (der Zustand ist z.B. abhängig von dem Ladezustand des Energiespeichers) abhängige maximale Bewegungsenergie des Elektrofahrzeugs zum Aufladen des Energiespeichers in elektrische Energie umgesetzt wird.
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Eine zweite Einstellung des dritten Bedienelements entspricht dabei einem minimalen Soll-Rekuperationsmoment. Dabei wird unter einem minimalen Soll-Rekuperationsmoment insbesondere verstanden, dass der Generator bzw. Elektromotor ein Nullmoment zur Bewegung des Elektrofahrzeugs beisteuert. Dazu wird dem Generator bzw. Elektromotor aus dem Energiespeicher eine Energie zugeführt, bis der Generator bzw. Elektromotor aufgrund seiner Reibung keinen Widerstand mehr aufweist, aber auch kein zusätzliches Antriebsmoment für das Elektrofahrzeug von dem Generator bzw. Elektromotor erzeugt wird. In dieser zweiten Einstellung ist vorteilhafterweise ein so genanntes Segeln möglich, wobei das Elektrofahrzeug nur noch durch den Luftwiderstand und Rollwiderstand gebremst wird. Eine Steuerung der Feldstärke des Generators bzw. Elektromotors wird dabei ständig aktualisiert, so dass auch bei wechselnden Geschwindigkeiten des Elektrofahrzeugs ständig ein Nullmoment vom Generator bzw. Elektromotor erzeugt wird. Mit anderen Worten rollt das Elektrofahrzeug so, als wenn kein Generator bzw. Elektromotor oder Widerstand des Generators bzw. Elektromotors vorhanden wäre.
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Eine weitere Einstellung des dritten Bedienelements entspricht einem Soll-Rekuperationsmoment, welches einem Schleppmoment gleichzusetzen ist, das das mit einem Verbrennungsmotor ausgestattete Elektrofahrzeug im Automatikbetrieb mit eingestellter Wahlstufe „D“ ohne Brennstoffzufuhr aufweisen würde. Durch diese Einstellung bekommt der Fahrer des Elektrofahrzeugs, wenn er vom Fahrpedal geht, das Gefühl, er würde in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe mit Wahlstellung „D“ fahren. Die Rekuperation, das heißt die Rückgewinnung der Energie in den Energiespeicher, wird dabei entsprechend diesem Schleppmoment vorgenommen, welches dem gefühlten Schleppmoment bei einem entsprechenden Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entspricht. Wenn die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb eines Schwellenwerts (z.B. 10 km/h) liegt, kann das Soll-Rekuperationsmoment auch geringer als das oben genannte Schleppmoment eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe in D-Stellung eingestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Bremslicht des Elektrofahrzeugs dann aktiviert, wenn das aktuelle Rekuperationsmoment oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts bzw. Schwellenmoments liegt.
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Da durch die vorliegende Erfindung ein Rekuperationsmoment auftreten kann, welches deutlich größer als das Schleppmoment bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ist, und da das Rekuperationsmoment das Elektrofahrzeug entsprechend abbremst, ist es vorteilhaft, dass das Bremslicht aktiviert wird, wenn die Verzögerung des Elektrofahrzeugs aufgrund der Rekuperation einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Der Rekuperationsbetrieb wird vorteilhafterweise durch eine nochmalige Betätigung des ersten Bedienelements (z.B. des Bremspedals) abgebrochen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Rekuperationsbetrieb durch eine Betätigung des zweiten Bedienelements (z.B. des Fahrpedals) abgebrochen wird.
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Mit anderen Worten wird der eingeschaltete Rekuperationsbetrieb bei einer Betätigung des ersten Bedienelements sofort deaktiviert und die Bremskraft, beispielsweise durch Rekuperation, entsprechend des Verstellwegs des ersten Bedienelements (z.B. das Bremspedalwegs) erhöht. Idealerweise wird dabei der Übergang zwischen einem Bremsen allein durch Rekuperation und einem Bremsen durch Rekuperation und zusätzlich durch hydraulische Bremsen des Fahrzeugs derart eingestellt, dass der Fahrer diesen Übergang nicht bemerkt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Rekuperation eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Dabei umfasst das Elektrofahrzeug ein erstes Bedienelement (z.B. ein Bremspedal) zum Bremsen des Elektrofahrzeugs und ein zweites Bedienelement (z.B. ein Fahrpedal) zum Beschleunigen des Elektrofahrzeugs. Die Steuervorrichtung erfasst über ein drittes Bedienelement des Elektrofahrzeugs ein Soll-Rekuperationsmoment und führt während eines Rekuperationsbetriebs des Elektrofahrzeugs die Rekuperation entsprechend diesem Soll-Rekuperationsmoment aus. Dabei wird das Elektrofahrzeug im Rekuperationsbetrieb entsprechend dem Soll-Rekuperationsmoment abgebremst und eine elektrische Energie, welche dem Soll-Rekuperationsmoment entspricht, wird über einen als Generator betriebenen Elektromotor des Elektrofahrzeugs einem Energiespeicher des Elektrofahrzeugs zugeführt.
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Die Vorteile der beschriebenen erfindungsgemäßen Steuervorrichtung entspricht im Wesentlichen den Vorteilen des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens, welches vorab im Detail ausgeführt worden ist, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Elektrofahrzeug bereitgestellt, welches einen Elektromotor zum Antrieb des Elektrofahrzeugs, einen Energiespeicher zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie, ein erstes Bedienelement zum Bremsen des Elektrofahrzeugs und ein zweites Bedienelement zum Beschleunigen des Elektrofahrzeugs umfasst. Dabei umfasst dieses Elektrofahrzeug darüber hinaus eine vorab beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Einstellung eines Soll-Rekuperationsmoments im Rekuperationsbetrieb eines Fahrzeugs mit Elektromotor (d.h. eines reinen Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs) geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell auch bei mit einem Elektromotor ausgestatteten Schiffen, Flugzeugen oder gleisgebundenen Fahrzeugen eingesetzt werden kann.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
- 1 stellt verschiedene Bedienelemente zur Einstellung eines Rekuperationsbetriebs und zur Einstellung eines Soll-Rekuperationsmoments dar.
- 2 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Steuerung einer Rekuperation des Elektrofahrzeugs dar.
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In 1 ist ein Lenkrad 11 eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs 10 (siehe 2) dargestellt. Am Lenkrad 11 befinden sich mehrere Bedienelemente 2 - 5. Mit dem rechts an dem Lenkrad 11 angebrachten Bedienelement 3 lässt sich ein Rekuperationsbetrieb für das Elektrofahrzeug 10 aktivieren, sofern das Bedienelement 3 eine vorbestimmte Zeit lang (z.B. 2 s) gedrückt gehalten wird. Das Bedienelement 3 zur Aktivierung des Rekuperationsbetriebs ist durch ein Batteriesymbol mit einem „+“-Zeichen und einem umgebenden Pfeil dargestellt. Zur Deaktivierung des Rekuperationsbetriebs ist auf der linken Seite des Lenkrads 11 ein Bedienelement 2 angebracht, welches gedrückt werden muss, um den Rekuperationsbetrieb zu deaktivieren. Das Bedienelement 2 zur Deaktivierung des Rekuperationsbetriebs ist entsprechend des Bedienelements 3 zur Aktivierung des Rekuperationsbetriebs ausgestaltet, mit dem einzigen Unterschied, dass ein „-“-Zeichen anstelle des „+“-Zeichens auf dem Batteriesymbol dargestellt ist.
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Über ein weiteres Bedienelement 4, welches ebenfalls links am Lenkrad 11 angebracht ist, wird das Soll-Rekuperationsmoment stufenförmig eingestellt. Ein Bedienelement 5 auf der rechten Seite des Lenkrads 11 ist für eine Menüsteuerung ausgestaltet.
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Die Bedienelemente 2 - 4 können natürlich auch an anderen Stellen oder durch anders geartete Bedienelemente realisiert werden. Zum Beispiel kann sich ein Teil der Bedienelemente 2 - 4 oder können sich alle Bedienelemente 2 - 4 an einem Lenkstockhebel des Elektrofahrzeugs 10 befinden. Darüber hinaus kann der eingeschaltete Rekuperationsbetrieb und/oder die eingestellte Rekuperationsstufe auf einer Anzeige (z.B. einem Kombiinstrument) des Elektrofahrzeugs 10 dargestellt werden.
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Weitere Möglichkeiten zur (stufenweisen) Einstellung des Soll-Rekuperationsmoments sind:
- • Ein (Schalt-)Paddel an der im Bezug zum Fahrer rückseitigen Seite des Lenkrads.
- • Eine Tip-Tronic (R) am Wählhebel zur Vorgabe der Fahrtrichtung und zur Aktivierung einer Parksperre des Fahrzeugs.
- • Tasten auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs.
- • Ein Touchscreen des Fahrzeugs, welches z.B. auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs angeordnet ist oder Teil eines Multifunktionsgeräts des Fahrzeugs ist.
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Bei der hier diskutierten Ausführungsform existieren die Rekuperationsstufen 1 bis 6, wobei jede Rekuperationsstufe einer Vorgabe eines entsprechenden Soll-Rekuperationsmoments entspricht. Die Einstellung der Rekuperationsstufe kann entweder im Stand des Elektrofahrzeugs 10 vorgenommen werden oder während der Fahrt des Elektrofahrzeugs 10, wenn das Bremspedal des Elektrofahrzeugs 10 nicht betätigt ist, vorgenommen werden. Bei den Stufen entspricht die Stufe 1 einer höchsten Rekuperationsleistung oder einem maximalen Soll-Rekuperationsmoment, während die Stufe 6 einem reinen Segeln des Elektrofahrzeugs 10 entspricht, d.h. der als Generator betriebene Elektromotor des Elektrofahrzeug 10 wird so gesteuert, dass kein Schleppmoment vorhanden ist und das Elektrofahrzeug 10 lediglich vom Rollwiderstand und Luftwiderstand verzögert wird. In Rekuperationsstufe 5 kann das Soll-Rekuperationsmoment beispielsweise entsprechend eines Schleppmoments eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit Automatikgetriebe eingestellt werden, wobei sich das Automatikgetriebe in der Wahlstufe „D“ befindet. Dabei kann das Soll-Rekuperationsmoment bei Stufe 5 bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs auch geringer als das Schleppmoment des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit Automatikgetriebe in Wahlstufe „D“ sein. Das Schleppmoment oder Soll-Rekuperationsmoment für die Rekuperationsstufen 1 bis 6 kann linear oder nicht linear ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann sich das für die jeweilige Stufe eingestellte Soll-Rekuperationsmoment von Stufe zu Stufe linear oder nicht linear verändern.
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Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, dass ein standardmäßiger Rekuperationsbetrieb stattfindet, auch wenn der eigentliche Rekuperationsbetrieb über die oben beschriebenen Bedienelemente 2 und 3 deaktiviert oder nicht eingestellt ist. Bei diesem standardmäßigen Rekuperationsbetrieb kann das Soll-Rekuperationsmoment beispielsweise gemäß der Rekuperationsstufe 5 eingestellt werden. Mit anderen Worten entspricht das Rekuperationsmoment im standardmäßigen Rekuperationsbetrieb dem einem Fahrer bekannten Schleppmoment eines Verbrennungsmotors im Automatikbetrieb „D“.
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In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 14 zur Steuerung der Rekuperation des Elektrofahrzeugs 10 dargestellt. Das Elektrofahrzeug 10 umfasst ein Bremspedal 1, ein Fahrpedal 6, einen Elektromotor 7 und einen Energiespeicher oder eine Batterie 8. Darüber hinaus ist das Elektrofahrzeug 10 mit einem Bremslicht 15 und mit dem Bedienelement 4 zur Einstellung der Rekuperationsstufen ausgestattet.
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Bei einem Pedalweg des Fahrpedals 6 von beispielsweise 0 bis 20 %, wobei 0 % einem nicht betätigten Fahrpedal 6 entspricht, wird das Rekuperationsmoment derart eingestellt, dass eine zusätzliche Betätigung des Bremspedals 1 zumindest im normalen Betrieb (normaler Verkehr, kein abruptes Bremsen) nicht notwendig ist, da das Elektrofahrzeug 10 durch das Rekuperationsmoment so stark verzögert wird, als wenn das Bremspedal 1 betätigt würde. Das Soll-Rekuperationsmoment kann im Rekuperationsbetrieb auch entsprechend der vorgegebenen Rekuperationsstufe eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Rekuperationsstufe 5 eingestellt ist, würde ein der Rekuperationsstufe 5 entsprechendes geringes Schleppmoment oder Rekuperationsmoment einsetzen, wenn der Fahrer vom Fahrpedal 6 geht, unabhängig davon, ob die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeug 10 dann bis auf Null reduziert wird.
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Bei der Rekuperationsstufe 4 könnte das Soll-Rekuperationsmoment derart eingestellt sein, dass eine durch Rekuperation verursachte Verzögerung des Elektrofahrzeugs 10 so stark ist, dass das Bremslicht 15 sofort aktiviert wird.
