DE102010008020A1

DE102010008020A1 - Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines hybriden Fahrzeugs, Bremssystem und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010008020A1
Application number: DE102010008020A
Authority: DE
Inventors: Stephan 71229 Hennings
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20110192661A1; CN102145687A; CN102145687B; US8746380B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine antreibbaren hybriden Fahrzeugs, bei dem ein Bremsdruck für eine mechanische Bremse des Bremssystems bei einem Bremsen mit Rekuperation im Vergleich zu dem Bremsdruck bei einem Bremsen ohne Rekuperation verringert wird. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein solches Bremssystem und ein Fahrzeug mit einem solchen Bremssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines hybrid antreibbaren Fahrzeugs. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Bremssystem und ein Fahrzeug.
Im Allgemeinen versteht man unter einem Hybridantrieb, dass dieser mindestens zwei verschiedene Energiewandler und zwei verschiedene Energiespeicher aufweist. In der praktischen Umsetzung handelt es sich bei den Wandlern typischerweise um einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor und bei den Energiespeichern um einen brennbaren Kraftstoff für den Verbrennungsmotor und um eine aufladbare Batterie, einen Hochleistungs-Kondensator oder ein Schwungrad als Energiespeicher für den Elektromotor.
Ein solches Hybridfahrzeug hat gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Vorteil, dass es die Bremsenergie bis auf den Wirkungsgradverlust zu einem großen Teil zurückgewinnen kann. Diese Rückspeisung oder Zwischenspeicherung der Energie, also die Rekuperation, tritt beim aktiven Bremsen des Fahrzeugs und im Schubbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor das Fahrzeug nicht aktiv antreibt und das Fahrzeug nur noch durch seine eigene träge Masse vorwärtsgetrieben wird, auf. Die zurückgewonnene, also rekuperierte Bremsenergie wird in dem Energiespeicher zwischengespeichert und kann bei Bedarf wieder abgerufen werden. Der Elektromotor wird hier generatorisch betrieben und funktioniert als mechanisch-elektrischer Wandler. Dieser generatorische Betrieb der elektrischen Maschine bewirkt aber auch ein Abbremsen des Fahrzeuges. Zusätzlich zu den herkömmlichen mechanischen Bremsen, die in der Regel hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch betrieben werden, stellt die als Generator betreibbare elektrische Maschine eine so genannte regenerative Bremse oder elektrische Bremse dar.
Bei einem Bremsvorgang kann die Bremsung vollständig über die herkömmlichen Bremsen erfolgen. Hier ist die elektrische Maschine nicht aktiviert und es erfolgt keine Rekuperation. Daneben ist es auch denkbar, dass ein Bremsvorgang zusätzlich oder ausschließlich durch die im generatorischen Betrieb betriebene elektrische Maschine erfolgt. Grundsätzlich ist es wünschenswert, bei einem Verzögern des Kraftfahrzeuges eine möglichst große regenerative Bremskraft einzusetzen, um beim Verzögern möglichst viel Energie durch Rekuperation zurückzugewinnen.
Problematisch ist aber, dass je nachdem, ob ein Bremsen mit oder ohne Rekuperation stattfindet, ein geringerer bzw. ein höherer Bremsdruck für die herkömmliche mechanische Bremse bereitgestellt sein muss. Im Falle eines Bremsvorganges ohne Rekuperation ist damit eine stärkere Bremspedalbetätigung erforderlich, als dies bei einem Bremsvorgang mit Rekuperation der Fall ist. Dies ist besonders gefährlich bei einem Fahren eines hybrid angetriebenen Fahrzeuges unter extremen Fahrbedingungen, wie dies im Rennsportbereich der Fall ist, bei dem das Fahrzeug bisweilen im Grenzbereich betrieben wird. Dies setzt allerdings voraus, dass das Bremspedal einen Bremsvorgang exakt und reproduzierbar vorgeben kann. Bei einem Bremsvorgang mit und ohne Rekuperation, bei dem unterschiedliche Bremspedaldrücke für denselben Bremsvorgang vorhanden sind, kann der Fahrer des Fahrzeuges nicht darauf vertrauen, dass ein bestimmter Bremspedaldruck stets dieselbe Bremsung zur Folge hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen besseren Bremsbetrieb bei einem Hybridfahrzeug insbesondere unter Rennbedingungen bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder mittels eines Bremssystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und/oder mittels eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine antreibbaren hybriden Fahrzeugs, bei dem ein Bremsdruck für eine mechanische Bremse des Bremssystems bei einem Bremsen mit Rekuperation im Vergleich zu dem Bremsdruck bei einem Bremsen ohne Rekuperation verringert wird.
– Ein Bremssystem für ein mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine antreibbaren hybriden Fahrzeug, mit einer von einem Fahrer des Fahrzeugs zur Einleitung eines Bremsvorgangs betätigbaren Bremsbetätigungseinrichtung, mit einer mechanischen Bremse, mit einer elektrischen Bremse, mit einer Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen Bremsvorgang entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.
– Ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein für den Rennsport vorgesehenes Kraftfahrzeug, mit einem hybriden Fahrzeugantrieb, welcher eine Brennkraftmaschine und eine elektrischen Maschine aufweist, mit einem erfindungsgemäßen Bremssystem.

Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass ein Bremsvorgang bei einem Hybridfahrzeug zum Einen ausschließlich durch das herkömmliche Bremssystem, also ohne Rekuperation, und zum Anderen unter Verwendung des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine, also mit Rekuperation, erfolgen kann. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, dass der Bremsdruck für die mechanische Bremse bei einem Bremsen ohne Rekuperation im Vergleich zu einem Bremsen mit Rekuperation entsprechend verringert wird, da bei einem Bremsen mit Rekuperation die generatorisch betriebene elektrische Maschine ein zusätzliches Bremsmoment zu dem Bremsmoment der mechanischen Bremse beisteuert. Insgesamt ergibt sich somit beim Bremsen mit Rekuperation eine Reduzierung des Bremsdrucks in Abhängigkeit von den rekuperativ erzeugten Bremsmomenten an den entsprechend gebremsten Rädern einer Achse. Dabei wird der für das Bremsen erforderliche Bremspedaldruck entsprechend angepasst, sodass möglichst kein Leerweg beim Betätigen des Bremspedals im Falle eines rekuperativen Bremsens auftritt. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges hat damit während eines Bremsvorgangs mit und ohne Rekuperation jeweils ein gleiches Bremspedalgefühl. Der Fahrer kann nun in allen Fahrsituation und vorzugsweise im Rennbetrieb darauf vertrauen, dass eine vorgegebene Betätigung des Bremspedals die von ihm gewünschte Bremsung zur Folge hat, ohne dass das Fahrzeug gegebenenfalls übersteuert und in eine gefährliche Fahrtsituation gelangt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Bremsdruck derart eingestellt, dass für einen vorgegebenen Bremsvorgang stets ein gleicher Bremspedaldruck im Falle einer Bremsung mit Rekuperation und im Falle einer Bremsung ohne Rekuperation vorhanden ist. Unter einem vorgegebenen Bremsvorgang ist dabei eine solche Bremsung zu verstehen, die vom Fahrer eines Kraftfahrzeuges durch Betätigung des Bremspedals, also durch einen vorgegebenen Bremsweg oder einen Vorgegebenen Bremspedaldruck, vorgegeben wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei ein herkömmliches Bremssystem mit getrennten mechanischen Bremsen für die einzelnen Achsen. In einem solchen Fall braucht der Bremsdruck für eine mechanische Bremse bei einem Bremsen mit Rekuperation nur an einer solchen Achse verringert zu werden, welche durch eine elektrische Maschine antreibbar ist. Somit bleibt auch eine Verteilung des Bremsdrucks auf die einzelnen Achsen im Falle einer Bremsung mit Rekuperation und im Falle einer Bremsung ohne Rekuperation unverändert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Bremsdruck bei einem Bremsvorgang mit Rekuperation zunächst hyperbelartig mit der Zeit verringert. Dieses hyperbelartige Verringern des Bremsdruckes erfolgt solange, bis ein von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine bereitgestelltes Bremsmoment ein maximales Bremsmoment erreicht. Dieses maximale Bremsmoment ist eine Funktion der maximalen Leistung und insbesondere der maximalen Bremsleistung der elektrischen Maschine, die möglichst nicht überschritten werden sollte. Bei Erreichen dieses maximalen Bremsmomentes liefert die elektrische Maschine kein zusätzliches Bremsmoment mehr.
In einer typischen Ausgestaltung ist der Bremsdruck bei einem Bremsvorgang ohne Rekuperation konstant. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein konstanter Bremspedaldruck vorhanden ist. Der Bremsdruck ist dabei näherungsweise direkt von dem Bremspedaldruck abhängig und steigt mit zunehmendem Bremspedaldruck insbesondere linear an.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung wird bei einem Bremsvorgang ein von der herkömmlichen mechanischen Bremse bereitgestellter Mindestbremsdruck auch dann nicht unterschritten, wenn ein für diesen Bremsvorgang erforderliches Bremsmoment vollständig von der im generatorischen Betrieb betriebenen elektrischen Maschine bereitgestellt werden könnte. Dies ist aus sicherheitstechnischen Gründen von Vorteil. Beispielsweise könnte es während eines Bremsvorganges dazu kommen, dass der Energiespeicher durch einen aktuellen Bremsvorgang gerade vollständig aufgeladen wird. In der Folge wäre dann ein regeneratives Bremsen nicht mehr möglich. In solchen Fällen müsste die bis dahin inaktive mechanische Bremse sofort und ohne Verzögerung die Bremsung übernehmen, was sich aber meist schwierig gestaltet, da für den Aufbau eines entsprechenden Bremsdruckes immer eine gewisse Zeit vergeht. Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die herkömmliche Bremse immer einen vorgegebenen Mindestbremsdruck beisteuert, um bei Bedarf unmittelbar die vollständige Bremsung übernehmen zu können. Vorzugsweise bezeichnet der Mindestbremsdruck einen festen prozentualen Mindestanteil des für einen jeweiligen Bremsvorgang erforderlichen Bremsmomentes, beispielsweise zumindest 20% des gesamten Bremsmomentes. Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Anteil ist auch ein fester Absolutwert, d. h. ein vorgebbarer Bremsdruckwert, möglich.
In einer typischen Ausgestaltung wird bei einem Bremsvorgang zunächst nur die mechanische Bremse aktiviert. Nach einem Übersteigen einer vorgegeben Schwelle für den Bremsdruck der mechanischen Bremse wird dann zusätzlich auch eine elektrische Bremse aktiviert. Unter der mechanischen Bremse werden die im Fahrzeug herkömmlicherweise verwendeten Bremsen, beispielsweise die hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch betriebene Bremse, bezeichnet. Hingegen bezeichnet die regenerative oder elektrische Bremse die im generatorischen Betrieb betriebene elektrische Maschine.
Das Einstellen des Bremsdruckes erfolgt gesteuert über eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann das regenerative Bremsen so steuern, dass durch die elektrische Maschine ein vorgegebenes Bremsmoment bereitgestellt wird. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung auch die mechanische Bremse in der Gestalt steuern, dass diese über einen entsprechenden Bremsdruck das gewünschte Bremsmoment bereitstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems ist eine steuerbare Druckerzeugungsvorrichtung vorgesehen, welche nach Maßgabe eines von der Steuereinrichtung vorgegebenen Steuersignals den gewünschten Bremsdruck für die mechanische Bremse einstellt. In gleicher Weise kann die Steuereinrichtung auch die elektrische Maschine derart steuern, dass von dieser ein gewünschtes Bremsmoment bereitgestellt wird.
Damit die Steuereinrichtung einen gewünschten Bremsdruck definiert einstellen kann, ist vorteilhafterweise eine Information über die tatsächliche und aktuelle Höhe des Bremsdruckes erforderlich. Hierzu ist eine Druckmesseinrichtung vorgesehen, welche stets den aktuellen Bremsdruck ermittelt und welche der Steuereinrichtung eine Information über den ermittelten, d. h. aktuellen Bremsdruck übermittelt.
Ferner ist eine Pedaldruckmesseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Betätigung der Bremsbetätigungseinrichtung im Falle eines Bremsvorgangs aufzunehmen. Diese Pedaldruckmesseinrichtung ermittelt eine Information über den vorhandenen Pedaldruck und/oder den bei einer Betätigung des Bremspedals zurückgelegten Pedalweg und übermittelt der Steuervorrichtung abhängig davon eine Information über den ermitteln Pedaldruck bzw. den zurückgelegten Pedalweg.
In einer typischen Ausgestaltung ist die mechanische Bremse als eine hydraulisch steuerbare Trommel- und/oder Scheibenbremse ausgebildet. Vorzugsweise kann dabei die mechanische Bremse einen Bremskraftverstärker aufweisen.
In einer ebenfalls typischen Ausgestaltung ist die Bremsbetätigungseinrichtung als Bremspedal ausgebildet. Dieses Bremspedal kann mechanisch ausgebildet sein oder elektrisch als so genannte Break-by-wire-Bremse.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine schematische Darstellung für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug;
2 ein Blockdiagramm für eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßes Bremssystem;
3A–3D Signal-Zeit-Diagramme für die Geschwindigkeit, das Bremsmoment, den Bremsdruck und den Pedaldruck zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren der Zeichnung sind – sofern nichts Anderes ausführt ist – gleiche und funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, welches hier mit Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeug 10 ist hier als hybridantreibbares Fahrzeug mit einem hier lediglich schematisch und stark vereinfacht dargestellten gekoppelten Achsantriebsystem ausgebildet. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 11 auf, der zum Beispiel im Heckbereich des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Dieser Verbrennungsmotor 11 treibt über eine erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung 12 die beiden (hier nicht dargestellten) Räder der Hinterachse 13 an.
Das erfindungsgemäße gekoppelte Antriebssystem weist ferner eine zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung 14 auf, welche wenigstens ein Rad und im gezeigten Beispiel vorzugsweise beide Räder der Vorderachse 15 antreibt. Hierzu weist die elektrische Antriebsvorrichtung 14 beispielsweise zwei elektrische Maschinen 16 auf, von denen jeweils eine elektrische Maschine 16 ein jeweils zugeordnetes Rad der Vorderachse 15 antreibt. Diese elektrischen Maschinen 16 sind vorzugsweise voneinander getrennt oder zumindest unabhängig voneinander ausgebildet und treiben die jeweiligen Räder der Vorderachse 15 unabhängig voneinander an. Grundsätzlich wäre allerdings auch denkbar, dass lediglich eine elektrische Maschine 16 vorgesehen ist, welche beide Räder der Vorderachse antreibt.
Die elektrischen Maschinen 16 sind hier beispielsweise Elektromotoren, die für die Rekuperation, also für die Gewinnung und Rückeinspeisung von elektrischer Energie auch generatorisch betrieben werden können. Im elektromotorischen Betrieb treiben diese elektrischen Maschinen 16 über eine jeweilige Stirnradstufe oder eine Gelenkwelle das jeweils ihr zugeordnete Rad an. Zur Versorgung der elektrischen Maschinen 16 mit Energie ist ein elektrischer Energiespeicher 17 vorgesehen. Dieser elektrische Energiespeicher 17 kann beispielsweise als wiederaufladbare Batterie, z. B. als Hochvoltbatterie, oder als Hochleistungskondensator, z. B. so genannter Supercap, ausgebildet sein. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele für elektrische Energiespeicher 17 beschränkt. Grundsätzlich kann jede Art von Energiespeicher oder Kombination von Energiespeichern vorgesehen werden, die geeignet sind, die elektrischen Maschinen mit der notwendigen Energie zu versorgen. Beispielsweise wäre auch denkbar, hier einen mechanischen Energiespeicher, beispielsweise ein elektrisches Schwungrad, zu verwenden, welches bei Bedarf seine gespeicherte kinetische Energie an die elektrische Maschine 16 abgibt.
Die elektrischen Maschinen sind über das Kraftfahrzeugbordnetz mit diesem elektrischen Energiespeicher 17 verbunden. Der elektrische Energiespeicher 17 speist also Energie in das Kraftfahrzeugbordnetz, welches dann bei Bedarf von der elektromotorisch betriebenen elektrischen Maschine 16 abgegriffen wird. Wird diese elektrische Maschine 16 hingegen generatorisch betrieben und erzeugt elektrische Energie, also im so genannten Rekuperationsbetrieb, kann diese elektrische Energie zurück ins Kraftfahrzeugbordnetz und damit in den elektrischen Energiespeicher 17 zurückgespeist werden. Ferner kann eine Umrichter- und/oder Wandlervorrichtung 18A, 18B (hier nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche den Gleichstrom bzw. die Gleichspannung des elektrischen Energiespeichers 17 in einen für die elektrische Maschine 16 erforderlichen Wechselstrom wandelt.
Ferner ist eine Steuervorrichtung 18 vorgesehen, die den Betrieb der elektrischen Maschine und damit das Antreiben der beiden Räder der Vorderachse 15 steuert. Über die Steuervorrichtung 18 kann das Fahrzeug 10 in einem Zweiradbetrieb oder einem zuschaltbaren Vierradbetrieb betrieben werden. Im Zweiradbetrieb wird beispielsweise lediglich die Hinterachse 13 des Fahrzeugs 10 über den Verbrennungsmotor 11 angetrieben. Bei Bedarf kann nun ein Vierradantrieb zugeschaltet werden. Dieses Zuschalten kann beispielsweise durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges manuell, beispielsweise durch Knopfdruck, eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn dieser Vierradantrieb abhängig von der jeweiligen Fahrsituation vollautomatisch durch die Steuereinrichtung 18 eingestellt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 18 bei einer Fahrt in einer Kurve oder etwa auch bei einem vorgegebenen Drehmoment der Hinterachse 13 zugeschaltet wird. Dadurch wird die Dynamik des Fahrzeuges stabilisiert, da nun auch die Vorderachse 15 für den Vortrieb verwendet wird. Insgesamt erhöhen sich dadurch die Dynamik und die Fahrzeugsicherheit in diesen Situationen.
Das stark schematisierte Blockschaltbild in 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Bremssystem, wie es z. B. bei dem in 1 dargestellten hybriden Fahrzeug verwendet wird. Das Bremssystem ist hier mit Bezugszeichen 19 bezeichnet. Das Bremssystem 19 weist eine Bremssteuerung 20 auf, die mit einer Bremsbetätigungseinrichtung 21 verbunden ist. Diese Bremsbetätigungseinrichtung 21 kann z. B. ein Bremspedal mit Positionsgeber sein. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im Falle eines rekuperativen Bremsens in diesem Ausführungsbeispiel der gesamte zur Verfügung stehende Bremsweg im Verhältnis 30:70 zwischen elektrischer und mechanischer Bremse aufgeteilt. Wesentlich und vorteilhaft ist aber, dass aus sicherheitstechnischen Gründen die ersten 20% zunächst als mechanischer Bremsweg genutzt werden. Darüber hinaus wären auch andere Aufteilungen denkbar, wobei aus Sicherheitsgründen vorteilhaft ist, wenn der elektrische Bremsweg deutlich unterhalb 50% liegt, um bei einem Ausfall einen ausreichenden mechanischen Bremsweg, insbesondere für eine ausreichend fein dosierbare Bremsbetätigung, zur Verfügung zu haben.
In 2 ist eine elektrische Maschine 22 vorgesehen, die sowohl elektromotorisch als auch generatorisch betrieben werden kann. Im generatorischen Betrieb liefert die elektrische Maschine 22 ein Bremsmoment. Zusätzlich erzeugt die elektrische Maschine 22 in diesem generatorischen Betrieb elektrische Energie, die in einen elektrischen Energiespeicher 23 eingespeist wird. Im elektromotorischen Betrieb greift die elektrische Maschine 22 elektrische Energie aus dem Energiespeicher 23 ab und wird elektromotorisch betrieben. Im generatorischen Betrieb wirkt die Bremswirkung der elektrischen Maschine 22 auf einen Abtrieb 24, während die Bremsenergie vom Abtrieb 24 über die elektrische Maschine 22 als elektrische Energie in den Energiespeicher 23 rückgespeist wird. Als Abtrieb 24 kommen Teile des Antriebsstrangs, vom Getriebe, der Fahrzeugachsen, der Rädern und dergleichen rotierende Teile in Frage.
Für den Fall, dass z. B. der Energiespeicher 23 einen vorgegebenen Sättigungswert (Ladezustand) erreicht hat, kann die elektrische Maschine 22 keine elektrische Energie mehr in den Energiespeicher 23 einspeisen. Die elektrische Maschine 22 steht in der Folge auch nicht mehr für den Bremsbetrieb zur Verfügung. In diesem Fall übernimmt das konventionelle Bremssystem 25 vollständig einen Bremsvorgang. Zur Einstellung eines vorgegebenen Bremsdrucks weist das konventionelle Bremssystem 25 eine Druckerzeugungseinrichtung 26 auf. Über diese Druckerzeugungseinrichtung 26 ist ein Bremsdruck erzeugbar, der z. B. über eine hydraulische Leitung 27 auf eine Bremseinrichtung 28, z. B. eine Trommel- oder Scheibenbremse, wirkt. Diese hydraulisch steuerbare Bremseinrichtung 28 wirkt auf den Abtrieb 24.
Über eine Druckmesseinrichtung 30, die in der Bremssteuerung 20 vorgesehen ist, lässt sich der in der hydraulischen Leitung 27 herrschende Bremsdruck messen. Ferner weist die Bremssteuereinrichtung 20 noch eine Pedaldruckmesseinrichtung 29 auf, über welche ein von einem Fahrer des Kraftfahrzeuges vorgegebener Pedaldruck messbar ist.
Das konventionelle Bremssystem 25 ist vorteilhafterweise mit einem Bremskraftverstärker ausgerüstet, um die vom Fahrer aufzubringende Kraft auf das Bremspedal bei gleicher Bremswirkung zu vermindern. Darüber hinaus wäre natürlich auch denkbar, eine so genannte Break-by-wire-Bremssteuerung vorzusehen, bei der die Bremsbetätigungseinrichtung 21 lediglich einen Bremsvorgang anzeigt und der von dem Bremspedal zurückgelegte Bremspedalweg die gewünschte Stärke und den Umfang der Bremsung anzeigen soll. Den Rest übernimmt dann die Bremssteuerung 20, die sowohl das konventionelle Bremssystem 25 wie auch die generatorisch betriebene elektrische Maschine 22 entsprechend ansteuert und eine Aufteilung der Bremsung auf diese Systeme vornimmt.
Die 3A–3D zeigen verschiedene Signal-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist in 3A die Geschwindigkeit v eines Fahrzeuges gegen die Zeit t aufgetragen. In 3B ist das von der elektrischen Maschine aufgebrachte elektrische Bremsmoment M_EM über der Zeit t aufgetragen und in 3C ist der von dem konventionellen Bremssystem erzeugte Bremsdruck P_B gegen die Zeit t aufgetragen. 3D zeigt den Bremspedaldruck P_P gegen die Zeit. In den 3B–3D sind die entsprechenden Signal-Zeit-Kurven jeweils mit und ohne Rekuperation, d. h. mit und ohne Verwendung der als Bremse fungierenden elektrischen Maschine, dargestellt.
Das Diagramm in 3A zeigt insgesamt drei Abschnitte A bis C, wobei im Abschnitt A das Fahrzeug beschleunigt, wodurch seine Geschwindigkeit v zunimmt. Im Abschnitt B wird das Fahrzeug ab dem Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 verzögert, d. h. abgebremst, wodurch sich die Geschwindigkeit v reduziert. Im Anschluss daran, also nach dem Zeitpunkt T2 wird das Fahrzeug im Abschnitt C wieder beschleunigt, sodass die Geschwindigkeit v wieder zunimmt.
3B zeigt die entsprechenden elektrischen Bremsmomente M_EM für die Abschnitt A bis C. Bei einem Beschleunigen in den Abschnitten A und C ist das Bremsmoment gleich 0. Ab dem Zeitpunkt T1 wird eine Bremsung eingeleitet. Für den Fall einer Bremsung ohne Rekuperation M₁ ist die elektrische Maschine inaktiv. In diesem Falle ist das von der elektrischen Maschine beigesteuerte Bremsmoment M₁ = 0. Im Falle einer Bremsung mit Rekuperation übernimmt die elektrische Maschine zumindest teilweise einen Teil der für die Bremsung erforderlichen Bremskraft. Hier steigt das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Bremsmoment M₂ im Zeitpunkt T1, also mit dem Beginn der Bremsung, zunächst unmittelbar an. Anschließend steigt das Bremsmoment M₂ entsprechend des maximalen Drehmomentverlaufs der elektrischen Maschine (hier hyperbelartig dargestellt) mäßig bis zum Zeitpunkt T3 (mit T1 < T3 < T2) an. Dies entspricht dem mit sinkender Drehzahl entsprechend ansteigenden Drehmoment der elektrischen Maschine. Ab dem Zeitpunkt T3 bleibt die von der elektrischen Maschine bereitgestellte Bremskraft konstant. Diese konstante Bremskraft entspricht dem Nennpunkt der elektrischen Maschine, bei der die durch das Bremsen abgerufene maximale (Brems-)Leistung der elektrischen Maschine erreicht ist. Eine höhere Bremsleistung durch die elektrische Maschine ist dann nicht mehr möglich, ohne die maximale Leistung zu überschreiten und damit die Funktionsweise dieser elektrischen Maschine zu gefährden. Das Bremsmoment M_max bleibt bis zum Zeitpunkt T2, also bis zur Beendigung des Bremsvorgangs, noch konstant.
3C zeigt den durch die mechanische Bremse bereitgestellten Bremsdruck P_B. Im Falle einer Bremsung ohne Rekuperation übernimmt die mechanische Bremse vollständig die Bremsung, so dass dann ein konstanter Bremsdruck P₁ vorhanden ist. Hier sei angenommen, dass der Fahrer eine konstante Betätigung des Bremspedals vorgenommen hat. Je nach Vorgabe des Fahrers kann hier auch eine ansteigende, abfallende oder sonst variierende Bremskurve für den Bremsdruck P₁ vorhanden sein, je nach dem, wie stark der Fahrer das Bremspedal betätigt. Für den Fall, dass ein Bremsvorgang mit Rekuperation vorhanden ist, übernimmt die elektrische Maschine einen Teil des gesamten Bremsmomentes (siehe 3B). Dadurch muss die mechanische Bremse aber nicht mehr das vollständige Bremsmoment und damit auch nicht den vollständigen Bremsdruck bereitstellen. Aus diesem Grunde verringert sich im Falle einer Bremsung mit Rekuperation der von der mechanischen Bremse bereitgestellte Bremsdruck P₂ in entsprechender Weise. Die mechanische Bremse stellt also zum Zeitpunkt T1 nicht den vollen Bremsdruck P₂, wie er im Falle einer Bremsung ohne Rekuperation vorhanden wäre, bereit, sondern einen um ΔP verringerten Bremsdruck P₂. Dieser Bremsdruck P₂ verringert sich mit der Zeit hyperbelmäßig bis zum Zeitpunkt T3. Ab dem Zeitpunkt T3 verläuft der Bremsdruck der mechanischen Bremse wieder konstant, da hier auch das von der elektrischen Maschine maximal bereitgestellte Bremsmoment M_max erreicht ist.
3D zeigt den Pedaldruck P_B auf das Bremspedal im Falle einer Bremsung mit und ohne Rekuperation. Unabhängig davon, ob sich nun ein Bremsdruck ohne Rekuperation oder mit Rekuperation entsprechend der 3C einstellt, ist der Pedalausschlag der Bremsbetätigungseinrichtung 21 identisch. Dies wird durch die Bremssteuerung eingestellt. Der Fahrer des Fahrzeuges spürt diesen Unterschied also nicht und erhält vorteilhafterweise ein identisches Gefühl bei der Betätigung des Bremspedals im Falle einer Bremsung mit und ohne Rekuperation.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems (19) eines mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine (22) antreibbaren hybriden Fahrzeugs (10), bei dem ein Bremsdruck (P_B) für eine mechanische Bremse (25) des Bremssystems (19) bei einem Bremsen mit Rekuperation im Vergleich zu dem Bremsdruck (P_B) bei einem Bremsen ohne Rekuperation verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bremsdruck (P_B) derart eingestellt wird, dass für einen vorgegebenen Bremsvorgang ein gleicher Bremspedaldruck (P_P) im Falle eines Bremsens mit Rekuperation und im Falle einer Bremsung ohne Rekuperation vorhanden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsdruck (P_B) bei einem Bremsvorgang mit Rekuperation zunächst entsprechend einem Drehmoment einer elektrischen Maschine mit der Zeit (t) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der der Bremsdruck (P_B) solange verringert wird, bis ein von der elektrischen Maschine (22), die im generatorischen Bremsbetrieb betrieben wird, bereit gestelltes Bremsmoment (M_em) ein maximales Bremsmoment (M_max) erreicht hat, wobei das maximale Bremsmoment (M_max) eine Funktion der maximalen Leistung der elektrischen Maschine (22) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsdruck (P_B) bei einem Bremsvorgang ohne Rekuperation nicht verringert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Bremsvorgang ein Mindestbremsdruck auch dann nicht unterschritten wird, wenn ein für diesen Bremsvorgang erforderliches Bremsmoment vollständig von der im generatorischen Betrieb betriebenen elektrischen Maschine (22) bereit gestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Mindestbremsdruck zumindest einen festen Anteil und/oder einen festen Absolutwert des für einen Bremsvorgang erforderlichen gesamten Bremsmomentes bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Bremsvorgang zunächst nur die mechanische Bremse (25) aktiviert wird und wobei nach Übersteigen einer vorgegebenen Schwelle für den Bremsdruck (P_B) der mechanischen Bremse (25) zusätzlich auch eine elektrische Bremse (22) aktiviert wird.
Bremssystem (19) für ein mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine (22) antreibbaren hybriden Fahrzeug (10), – mit einer von einem Fahrer des Fahrzeugs (10) zur Einleitung eines Bremsvorgangs betätigbaren Bremsbetätigungseinrichtung (21), – mit einer mechanischen Bremse (25), – mit einer elektrischen Bremse (22), – mit einer Steuervorrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, einen Bremsvorgang entsprechend einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zu steuern.
Bremssystem nach Anspruch 9, mit einer steuerbare Druckerzeugungseinrichtung (26), welche nach Maßgabe eines von der Steuereinrichtung (20) vorgegebenen Steuersignals den Bremsdruck (P_B) einstellt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, mit einer Druckmesseinrichtung (30), welche den Bremsdruck (P_B) des Bremssystems (19) ermittelt und der Steuervorrichtung (20) eine Information über den ermittelten Bremsdruck (P_B) zur Verfügung stellt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, mit einer Pedaldruckmesseinrichtung (29), die dazu ausgebildet ist, eine Betätigung der Bremsbetätigungseinrichtung (21) aufnehmen und eine Information über einen ermittelten Pedaldruck (P_B) der Steuervorrichtung (20) zur Verfügung zu stellen.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die mechanische Bremse (25) als eine hydraulisch betätigbare Trommel- und/oder Scheibenbremse ausgebildet ist, die insbesondere einen Bremskraftverstärker aufweist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Bremsbetätigungseinrichtung (21) als Bremspedal (21) ausgebildet ist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei getrennte mechanische Bremsen für einzelne Achsen des hybriden Fahrzeuges vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug (10), insbesondere ein für den Rennsport vorgesehenes Kraftfahrzeug (10), – mit einem hybriden Fahrzeugantrieb, welcher eine Brennkraftmaschine und eine elektrischen Maschine (22) aufweist, – mit einem Bremssystem (19) nach einem der Ansprüche 9 bis 15.