DE102010045005A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeuges - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeuges mittels einer elektrischen und mechanisch wirkenden Bremse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeuges mittels einer elektrischen und mechanisch wirkenden Bremse zu schaffen, mit dem/der während des Bremsvorganges ein konstantes gleichbleibendes Bremspedal-Verzögerungsverhalten bei einem energetisch günstigen Rekuperationsverhalten erzielt wird. Bei einem Bremssystem mit einer elektrisch und mechanisch wirkenden Bremse, wobei das Bremssystem durch ein Bremspedal derart betätigt wird, dass über ein Motorsteuergerät während des Bremspedalleerweges die elektrisch wirkende Bremse und nach Erreichen eines Druckpunktes des Bremspedals die mechanische Bremse aktiviert wird, wird erfindungsgemäß mittels eines Motorsteuergerätes anhand der Rekuperationsfähigkeit eines Speichermediums für die elektrische Energie der regenerativ betriebenen elektrischen Bremse, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges ein Stellantrieb zur Einstellung des Bremspedalleerweges, der für die Ansteuerung und Aktivierung der elektrischen Bremse dient, aktiviert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine dazugehörige Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 4.
  • Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Fahrzeuge die eine Reibbremse, wie z. B. eine hydraulische Radbremse, und eine elektrische Maschine, die im Generatorbetrieb ein Bremsmoment bereitstellt, aufweist. Die während des Bremsvorganges frei werdende kinetische Energie wird vom Generator in elektrische Energie umgewandelt (Rekuperation). Die so erzeugte elektrische Energie wird in das Bordnetz (elektrisches Antriebsnetz) gespeist und steht somit für einen folgenden Beschleunigungsvorgang oder für den Betrieb elektrischer Verbraucher zur Verfügung.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den vom Fahrer am Fuß-Bremspedal vorgegebenen Bremswunsch auf die verschiedenen Bremssysteme zu verteilen. Ein Teil des Fahrer-Bremswunsches wird dabei von der Reibbremse und der verbleibende Anteil von der elektrischen Maschine übernommen. Ziel bei der Aufteilung ist dabei üblicherweise die Nutzung einer maximalen Generatorleistung der elektrischen Maschine. Die maximale Generatorleistung ist jedoch abhängig von der Aufnahmefähigkeit des elektrischen Netzes. Darüber hinaus ist auch das Bremsmoment der elektrischen Maschine stark drehzahlabhängig. Das maximal mögliche regenerative Bremsmoment der elektrischen Maschine kann somit je nach Betriebszustand relativ stark variieren. Bei diesen Bremssystemen wird üblicherweise der Leerweg des Bremspedals – also der anfängliche Weg des Bremspedals bis zu einem Druckpunkt, ab dem die Reibbremse anspricht – genutzt, um regenerativ mittels elektrisch wirkender Bremse zu bremsen. Danach erfolgt ein Bremsen durch die mechanisch wirkende Radbremse.
  • Aus der DE 10 2006 019 494 A1 ist ein Bremssystem für ein Fahrzeug bekannt, bei dem das Bremssystem eine mechanische Bremse und eine elektrische Bremse aufweist, wobei in Abhängigkeit von einer Betätigung eines Bremspedals zunächst nur die elektrische Bremse und anschließend die mechanische Bremse aktivierbar ist. Bei Betätigung des Bremspedals wird während des Leerweges die elektrische Bremse und über einen darauffolgenden zweiten Teil der Wegstrecke die mechanische Bremse über einen Bremskraftverstärker aktiviert. Die elektrische Bremse steht mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung, so dass ein Teil der umgewandelten Bremsenergie als elektrische Energie dem Energiespeicher, beispielsweise einer aufladbaren Batterie, zugeführt wird. Die gespeicherte Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt für die Fahrzeugversorgung oder auch für den Fahrzeugantrieb genutzt werden.
  • Aus der DE 10 2008 032 257 A1 ist eine Kraftfahrzeugbremsanlage bekannt, bei der während der Betätigung des Bremspedals eine Bremsstange gegenüber einem Bremskraftverstärker um einen Leerweg verlagerbar ist. Während des Leerweges erfolgt die Verzögerungswirkung durch das Antreiben eines Elektromotors oder einer anderen Energieerzeugungseinrichtung. Die Begrenzung des Leerweges erfolgt dabei durch eine Anschlagsvorrichtung. Nach Überschreiten des Leerweges erfolgt über den Bremskraftverstärker eine Aktivierung der Kraftfahrzeugbremsanlage. Hier kann abhängig von der Aufnahmefähigkeit der elektrischen Maschine der Leerweg digital verändert werden.
  • Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass bei einer vollen Batterie ein regenerativer Bremsvorgang mittels einer elektrischen Bremse nicht durchgeführt werden kann, da eine zusätzliche elektrische Energiezufuhr zu der Batterie eine Zerstörung der Batterie zur Folge hätte. Ein Ausbleiben oder eine Verringerung der maximalen Rekuperationsfähigkeit führt zwangsläufig zur Erzeugung eines spürbaren Bremspedalleerweges, was eine deutliche Verschlechterung des Bremskomforts bedeuten würde.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeuges mittels einer elektrischen und mechanisch wirkenden Bremse zu schaffen, mit dem/der während des Bremsvorganges ein konstantes gleichbleibendes Bremspedal-Verzögerungsverhalten bei einem energetisch günstigen Rekuperationsverhalten erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend dem Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 4 gelöst.
  • Bei einem Bremssystem mit einer elektrisch und mechanisch wirkenden Bremse, wobei das Bremssystem durch ein Bremspedal derart betätigt wird, dass über ein Motorsteuergerät während des Bremspedalleerweges die elektrisch wirkende Bremse und nach Erreichen eines Druckpunktes des Bremspedals die mechanische Bremse aktiviert wird, wird erfindungsgemäß mittels eines Motorsteuergerätes anhand der Rekuperationsfähigkeit eines Speichermediums für die elektrische Energie der regenerativ betriebenen elektrischen Bremse, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges ein Stellantrieb zur Einstellung des Bremspedalleerweges, der den Wirkungsbereich der mechanischen Bremse bestimmt, aktiviert. So kann bei einer Verringerung der elektrischen Rekuperationsfähigkeit durch kontinuierliche Verkürzung des Bremspedalleerweges die fehlende Verzögerungsenergie durch eine mechanische Reibbremse aufgebracht werden, ohne dass eine Änderung am Bremspedalwinkel notwendig ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen einer elektrisch und mechanisch betriebenen Bremse besteht aus einer geteilt ausgebildeten Bremsstange, deren Teile durch ein Rohr verbunden werden, das auf den an den Teilbremsstangen angeordneten Aufnahmestangen axial verschiebbar gelagert ist. Der Bremspedalleerweg, in dem die regenerativ betriebene elektrische Bremse ohne aktive mechanische Bremse betrieben wird, wird zwischen einer Teilbremsstange und dem axial verschiebbaren Rohr gebildet. Dabei steht das Rohr zur variablen Einstellung des Bremspedalleerweges mit einem durch ein Motorsteuergerät angesteuerten Stellantrieb in Wirkverbindung, der das Rohr gegenüber den Teilbremsstangen axial verschiebt.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der Bremspedalleerweg zur Aktivierung der regenerativ betriebenen elektrischen Bremse in Abhängigkeit von dem Ladezustand des elektrischen Speichermediums, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges eingestellt wird. Dadurch wird eine Überladung der Batterie infolge der durch den Bremsvorgang der Batterie zugeführten Rekuperationsleistung der elektrischen Bremsen vermieden. Gleichzeitig wird ein spürbarer Bremspedalleerweg vermieden, der bei Ausbleiben oder verringertem Rekuperationsvermögen am Bremspedal entsteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass insgesamt ein konstantes gleichbleibendes Bremspedal-Verzögerungsverhalten bei einem energetisch günstigen Rekuperationsverhalten erzielt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem vollständig gefüllten Speichermedium bei Bergabfahrten und einfachem Schub der Bremspedalleerweg so eingestellt wird, dass das Bremsen mittels der mechanisch wirkenden Bremse erfolgt und die benötigte Verzögerung durch die elektrische Maschine erfolgt, ohne dass die Brennkraftmaschine zugeschaltet werden muss.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
  • Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der dazugehörigen Zeichnung ist schematisch eine Fahrzeugbremsanlage dargestellt.
  • Die in der 1 dargestellte Bremsanlage für Fahrzeuge weist ein Bremspedal 1 auf, mit dem eine nicht dargestellte mechanische Bremse über einen Bremskraftverstärker 9 und eine nicht dargestellte elektrische Bremse aktiviert werden. Als elektrische Bremse wird dabei eine elektrische Maschine eingesetzt, mit der der Antrieb des Fahrzeuges durchgeführt oder unterstützend neben dem Betrieb einer Brennkraftmaschine betrieben wird. Während eines Bremsvorganges wird die elektrische Maschine zum Abbremsen des Fahrzeuges als Generator betrieben. Dabei wird die während des Bremsvorganges frei werdende kinetische Energie durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt, die einem Speichermedium, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, zur Speicherung zugeführt wird. Die so erzeugte und gespeicherte elektrische Energie steht somit der elektrischen Maschine für den Antrieb des Fahrzeuges oder für den Betrieb elektrischer Verbraucher zur Verfügung.
  • Die regenerativ betriebene elektrische Bremse wird in bekannter Weise aktiviert während des Zeitraums des Durchlaufens einer Bremsstange 2 durch einen Bremspedalleerweg s bei einer Betätigung des Bremspedals 1. Über einen Sensor 10 wird das Durchlaufen der Bremsstange 2 durch den Bremspedalleerweg s erfasst. Das dabei entstehende Signal wird einem Steuergerät 11, beispielsweise dem Motorsteuergerät, zur Ansteuerung der elektrischen Bremse zugeführt. Nach Durchlaufen des Bremspedalleerweges s und weiterer Betätigung des Bremspedals 1 wird über die Bremsstange 2; 2' und den Bremskraftverstärker 9 die mechanische Bremse zusätzlich betätigt. Die Zurückstellung des Bremspedals 1 nach beendetem Bremsvorgang erfolgt durch eine am Bremspedal 1 angeordnete Rückstellfeder 8.
  • Erfindungsgemäß wird der Bremspedalleerweg s zur Ansteuerung der elektrisch wirkenden Bremse durch einen vom Steuergerät 11 angesteuerten Stellantrieb 6 variabel eingestellt. Die Verstellung des Bremspedalleerweges s erfolgt dabei anhand der im Steuergerät 11 ermittelten aktuellen Rekuperationsfähigkeit des Speichermediums, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges. Anhand der ermittelten Daten wird im Steuergerät 11 ermittelt, mit welchem Anteil die elektrisch wirkende Bremse am Bremsvorgang beteiligt wird. Dabei wird im Steuergerät 11 ein Stellsignal für den Stellantrieb 6 zur Verstellung des Bremspedalleerweges s ermittelt.
  • Zur Einstellung des Bremspedalleerweges s ist die Bremsstange 2, 2' geteilt ausgeführt. Dabei ist der erste Teil der Bremsstange 2 mit dem Bremspedal 1 und der zweite Teil der Bremsstange 2' mit dem Bremskraftverstärker 9 verbunden. Die Bremsstange 2 wird mit der Bremsstange 2' über ein Rohr 4 miteinander verbunden, wobei das Rohr 4 jeweils auf einer an dem ersten Teil der Bremsstange 2 angeordneten Aufnahmestange 3 und auf einer an dem zweiten Teil der Bremsstange 2' angeordneten Aufnahmestange 3' axial verschiebbar gelagert ist. Durch die axiale Verschiebbarkeit des Rohrs 4 auf den Aufnahmestangen 3 und 3' ist der Bremspedalleerweg s der Bremsanlage einstellbar. Die axiale Verschiebung des Rohrs 4 zur Variablen Einstellung des Bremspedalleerweges s erfolgt über den Stellantrieb 6, der in Wirkverbindung mit dem Rohr 4 steht.
  • Über eine Datenleitung steht das Steuergerät 11 einerseits mit dem Stellantrieb 6 und andererseits mit dem Sensor 10 in Verbindung. Dem Steuergerät 11 werden zur Bestimmung eines einzustellenden Bremspedalleerweges s und somit zur Aktivierung der elektrischen Bremsen während eines beabsichtigten Bremsvorganges die Daten der ermittelten aktuellen Rekuperationsfähigkeit des Speichermediums, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges zugeführt. Anhand der vorliegenden Daten wird im Steuergerät 11 ein Stellsignal erzeugt, mit dem der Stellantrieb 6 zur Verstellung des Bremspedalleerweges s aktiviert wird.
  • Der Stellantrieb 6 zur axialen Verschiebung des Rohrs 4 auf den Aufnahmestangen 3 und 3' ist fest mit dem zweiten Teil der Bremsstange 2' verbunden. Zur axialen Verschiebung des Rohrs 4 kann der Stellantrieb 6 direkt über eine Schubstange mit dem Rohr 4 verbunden sein. Der Stellantrieb 6 kann auch als Schrittmotor ausgebildet sein, der über ein Ritzel 7 mit dem am Rohr 4 angeordneten Gewinde 5 in Eingriff steht.
  • Wenn eine große Speicherkapazität der Batterien zur Speicherung der bei der elektrischen Bremsung entstehenden elektrischen Energie durch die als Generator betriebenen elektrischen Bremsen vorhanden ist, wird über das Steuergerät 11 und den Stellantrieb 6 ein großer Bremspedalleerweg s für ein entsprechend hohes Bremsmoment der elektrischen Bremsen eingestellt. Bei einer geringeren vorhandenen Speicherkapazität der Batterien wird über das Steuergerät 11 und den Stellantrieb 6 ein entsprechend geringerer Bremspedalleerweg s eingestellt. Bei einer vollen Batterie, die über keine Speichermöglichkeiten mehr verfügt, ist der Bremspedalleerweg s gleich null, so dass die Stirnseite des Rohrs 4 an der Stirnseite der Bremsstange 2 anliegt. Bei einer Betätigung des Bremspedals 1 wird die Bremskraft über die Bremsstange 2, dem daran anliegenden Rohr 4 und über die Verbindung des Rohrs 4 mit dem Stellantrieb 6 auf die Bremsstange 2' und somit dem Bremskraftverstärker 9 zur Aktivierung der mechanischen Bremsen zugeführt.
  • Bei einem plötzlich benötigten starken Bremsmoment wird durch ein starkes Durchtreten des Bremspedals 1 der Bremspedalleerweg s schnell überbrückt, so dass durch die mechanischen betätigten Bremsen das entsprechende Bremsmoment erzeugt wird. Auch bei Ausfall des elektrischen Systems ist das mechanische Bremssystem voll funktionsfähig.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bremspedal
    2
    Bremsstange
    2'
    Bremsstange
    3
    Aufnahmestange
    3'
    Aufnahmestange
    4
    Rohr
    5
    Gewinde
    6
    Stellantrieb
    7
    Ritzel
    8
    Rückstellfeder
    9
    Bremskraftverstärker
    10
    Sensor
    11
    Steuergerät
    s
    Bremspedalleerweg
  • 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 102006019494 A1 [0004]
    • DE 102008032257 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges mittels einer elektrischen und mechanisch wirkenden Bremse, wobei bei Betätigung eines Bremspedals (1) innerhalb eines Bremspedalleerweges (s) die elektrisch wirkende Bremse so angesteuert wird, dass während des elektrischen Bremsvorganges ein abhängiges generatorisches Bremsmoment erzeugt und die entstehende Bremsenergie zur Rekuperation einem Speichermedium zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines durch ein Steuergerät (11) angesteuerten Stellantriebes (6) der Bremspedalleerweg (s) zur Ansteuerung der elektrisch wirkenden Bremse eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellung des Bremspedalleerweges (s) anhand der im Steuergerät (11) ermittelten aktuellen Rekuperationsfähigkeit des Speichermediums, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des beabsichtigten Verzögerungsverhaltens des Fahrzeuges erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (11) ein Stellsignal für den Stellantrieb (6) zur Verstellung des Bremspedalleerweges (s) anhand des mittels eines Sensors (10) ermittelten aktuellen Bremspedalleerweges (s) ermittelt wird.
  4. Vorrichtung zum Bremsen eines Fahrzeuges, bei der zur Betätigung einer mechanisch wirkenden Bremse ein Bremspedal (1) über eine Bremsstange (2; 2') mit einem Bremskraftverstärker (9) und zur Betätigung einer elektrisch wirkenden Bremse ein Steuergerät (11) mit einem Sensor (10) zur Erfassung eines Bremspedalleerweges (s) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bremsstange (2; 2') geteilt ausgebildet ist, wobei an dem mit dem Bremspedal (1) verbundenen ersten Teil der Bremsstange (2) eine Aufnahmestange (3) und an dem mit dem Bremskraftverstärker (9) verbundenen zweiten Teil der Bremsstange (2') eine Aufnahmestange (3') angeordnet ist, – der erste Teil der Bremsstange (2) mit dem zweiten Teil der Bremsstange (2') über ein Rohr (4) verbunden ist, wobei das Rohr (4) jeweils auf den Aufnahmestangen (3 und 3') zur variablen Einstellung des Bremspedalleerweges (s) axial verschiebbar gelagert ist und – das Rohr (4) zur axialen Verschiebung mit einem Stellantrieb (6) in Wirkverbindung steht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohr (4) oder an der Bremsstange (2) ein Sensor (10) zur Ermittlung des Bremspedalleerweges (s) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (11) über eine Datenleitung mit dem Sensor (10) und dem Stellantrieb (6) verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (6) fest an der Bremsstange (2') angeordnet ist und über ein Ritzel (7) mit einem am Rohr (4) angeordneten Gewinde (5) in Wirkeingriff steht.
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