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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern wenigstens einer verschleißfreien Bremseinrichtung in einem Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, verfügen häufig über verschiedene Bremseinrichtungen, wobei typischerweise verschleißfreie Bremseinrichtungen neben der eigentlichen Betriebsbremse in Form einer Scheibenbremse und/oder Trommelbremse vorhanden sind. Beispiele für derartige verschleißfreie Bremseinrichtungen können Insbesondere Elektromotoren/-generatoren bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, Motorbremsen bei Verbrennungsmotoren, magnetische oder hydrodynamische Retarder oder hydrostatische beziehungsweise pneumatische Pumpen sein, welche das aufgenommene Bremsmoment in Wärme und/oder nutzbare elektrische Energie oder Druckenergie umwandeln. Daneben sind auch Verbraucher wie beispielsweise Luftkompressoren oder Klimakompresser als verschleißfreie Bremseinrichtungen nutzbar.
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Typischerweise werden Fahrzeuge, und hier insbesondere Nutzfahrzeuge, mit einem Gaspedal und einem Bremspedal hinsichtlich des Vortriebs und des Bremsens gesteuert. Häufig ist zusäzlich zum Fußbremspedal ein Handbremshebel, umgangssprachlich oft auch als „Retarderhebel” bezeichnet, vorhanden. Über diesen wird dann die verschleißfreie Dauerbremse betätigt, während über das Fußpedal typischerweise die Betriebsbremse als Reibbremse angesteuert wird.
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Vor allem bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder anderen Fahrzeugen, bei denen Bremsenergie rekuperiert und als Nutzenergie verwendet oder gespeichert wird, ist es sinnvoll, möglichst die gesamte kinetische Energie des Fahrzeugs beim Abbremsen rekuperieren zu können. Mit dem Fußbremsgeber beziehungsweise Fußbremspedal ist dies jedoch nur bedingt möglich, da der Fahrer des Fahrzeugs nicht gezielt die Generatoren beziehungsweise Pumpen oder Kompressoren ansteuern kann. Je nach Charakteristik des Bremspedals nimmt immer die Betriebsbremse einen gewissen Anteil der Bremsenergie auf.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es ferner bekannt, dass in vereinzelten Anwendungen, welche insbesondere in Omnibussen und Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen, immer dann eine der oben genannten Bremseinrichtungen angesteuert wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs den Fuß vom Fahrpedal beziehungsweise Gaspedal nimmt. Dieser Vorgang wird auch als „off-throttle-breaking” bezeichnet. Das Verfahren hat dabei den Nachteil, dass die Bremseinrichtung immer dann bremst, wenn der Fahrer vom Fahrpedal geht. Ein Rollen ohne Bremswirkung ist demnach nicht möglich. Dem Fahrer wird mit einer solchen Maßnahme die Möglichkeit genommen, das Fahrzeug gezielt rollen beziehungsweise ausrollen zu lassen, sodass ein typischerweise sinnvolles vorausschauendes Fahren des Fahrers, welches im Hinblick auf Verschleiß und Energiebedarf durchaus positiv zu bewerten ist, unmöglich gemacht wird.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die im Stand der Technik angeführten Nachteile zu vermeiden und ohne zusätzliche Betätigungseinrichtungen ein effizientes und sinnvolles verschleißfreies Bremsen zu gewährleisten, ohne den Fahrer in seinen Möglichkeiten hinsichtlich des vorausschauenden Fahrens zu beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Kernidee besteht darin, dass beim Entlasten des Fahrpedals durch den Fahrer dessen Rücknahmegeschwindigkeit ermittelt wird. In Abhängigkeit der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals wird dann eine Bremswirkung eingestellt. Diese Bremswirkung kann zwischen keiner Bremswirkung, also der Bremswirkung „0” und der maximal möglichen Bremswirkung der einen oder der miteinander kombinierten verschleißfreien Bremseinrichtungen eingestellt werden. Die Auswertung der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals erlaubt so sehr einfach und effizient eine geeignete Bremswirkung einzustellen. Typischerweise wird beispielsweise bei einer langsamen Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals keine Bremsanforderung generiert, sodass ein Ausrollen lassen des Fahrzeugs möglich ist. Kommt es dagegen zu einer schnellen Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals, dann wird eine geeignete Bremsanforderung beispielsweise in Form eines in Abhängigkeit der Fahrpedalrücknahmegeschwindigkeit vorgegebenen Bremsmoments generiert. Der Fahrer des Fahrzeugs, welches über dieses Verfahren die verschleißfreie Bremseinrichtung ansteuert, kann somit gezielt, und typischerweise intuitiv, da derartige Unterschiede in der Rücknahmegeschwindigkeit des Bremspedals unweigerlich ohnehin auftreten werden, eine geeignete Ansteuerung wählen. Geht er schnell vom Fahrpedal, so wird von der Beschleunigung in ein Bremsen gewechselt, während ein langsames Entlasten des Fahrpedals von der Beschleunigung in einen Segelbetrieb oder Ausrollbetrieb mündet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals zusätzlich ein Abkoppeln von Rädern des Fahrzeugs von einem Antriebsaggregat erfolgt. In Abhängigkeit der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals kann ergänzend zur Ermittlung einer Bremsanforderung außerdem eine Kupplung in dem Antriebsstrang geöffnet oder ein Getriebe auf eine Neutralstellung geschaltet werden. Dies ermöglicht ein gezieltes Ausrollen, ohne das der Antriebsstrang mit den Rädern gekoppelt sein muss. Insbesondere beim Einsatz eines Verbrennungsmotors in dem Antriebsstrang kann so eine Bremswirkung durch den Verbrennungsmotor verhindert werden. Dies kann auch bei einer entsprechenden Bremsanforderung von Vorteil sein, da dann durch ein Abkoppeln des Verbrennungsmotors und vorzugsweise gleichzeitigem rekuperativen Bremsen, beispielsweise über einen Generator, ein Maximum der Bremsenergie rekuperiert werden kann und keine Bremsenergie durch Verdichtungsarbeit in dem Verbrennungsmotor „vergeudet” wird.
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Prinzipiell ist es selbstverständlich denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren so durchzuführen, dass die Bremswirkung in linearer Abhängigkeit von der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals erfolgt. Dies kann jedoch entsprechend aufwändig werden. Es ist gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher vorgesehen, dass die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals in wenigstens zwei Klassen eingeteilt wird, wobei jeder der Klassen eine vorgegebene Bremswirkung, und gegebenenfalls ein Abkoppeln der Räder von dem Antriebsaggregat, zugeordnet wird. Eine solche Klassifizierung der Bremswirkung, welche insbesondere in Form einer Bremsleistung oder eines Bremsmoments eingestellt werden kann, ermöglicht einen einfachen und effizienten Umgang mit der Thematik, da die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals typischerweise in lediglich zwei bis drei oder maximal vier Klassen eingeteilt werden muss. Jeder der Klassen wird dann eine bestimmte Bremswirkung sowie gegebenenfalls ein Abkoppeln der Räder von dem Antriebsaggregat zugeordnet, um eine möglichst flexible Fahrweise zu erzielen und neben einem energieeffizienten Fahren des Fahrzeugs gleichzeitig möglichst viel Energie über die verschleißfreien Bremseinrichtungen zu verbrauchen und bei geeigneten Bremseinrichtungen insbesondere zu rekuperieren.
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In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner vorgesehen, dass die Bremswirkung zusätzlich in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs eingestellt wird. Neben der Einstellung der Bremswirkung in Abhängigkeit der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals kann zusätzlich eine geschwindigkeitsabhängige Einstellung der Bremswirkung erfolgen. Je nach Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals, entweder proportional oder in Klassen eingeteilt, kann eine entsprechende Bremswirkung als Bremsanforderung ausgelöst werden. Diese kann nun zusätzlich geschwindigkeitsabhängig sein, um beispielsweise bei höheren aktuellen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs eine höhere Bremswirkung zu erzielen, als bei niedrigen Geschwindigkeiten. Außerdem wäre es selbstverständlich denkbar, auch die Klassifizierung der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals geschwindigkeitsabhängig vorzunehmen.
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In einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hierzu ist es außerdem denkbar und möglich, die Bremswirkung in Abhängigkeit einer Gangstufe eines Gangwechselgetriebes des Fahrzeugs einzustellen. Die Einstellung der Bremswirkung in Abhängigkeit einer Gangstufe eines manuellen Schaltgetriebes oder insbesondere eines Automatgetriebes in dem Fahrzeug kann ebenfalls entsprechenden Einfluss auf die Bremswirkung beziehungsweise die Bremsanforderung haben, da unterschiedliche Gangstufen unterschiedliche Bremsmomente oder Bremsleistungen erfordern können.
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In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es ferner vorgesehen sein, dass die Einstellung der Bremswirkung in Abhängigkeit der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals lediglich in wenigstens einem Teilbereich eines möglichen Geschwindigkeitsbereichs des Fahrzeugs erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren muss als nicht ständig zur Anwendung kommen, sondern kann insbesondere nur dann zum Tragen kommen, wenn er besonders sinnvoll und effizient ist und dadurch den von ihm verursachten Rechenaufwand rechtfertigt. So ist es beispielsweise denkbar, dass zwischen einem Stadtmodus mit Geschwindigkeiten ≤ 50 km/h und einem Überlandmodus mit Geschwindigkeiten oberhalb von 50 km/h unterschieden wird. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren dann nur in einem der Modi, beispielsweise in dem Stadtmodus, eingesetzt werden, während dies in dem Überlandmodus abgeschaltet bleibt.
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Vorzugsweise soll die Reaktion auf die Rücknahmegeschwindigkeit, also den Gradienten der Fahrpedalrücknahme, individuell anpassbar beziehungsweise parametrierbar sein. Eine solche Parametrierbarkeit kann auf unterschiedliche Gewohnheiten des Fahrers sehr leicht eingehen, sodass dieser nicht immer bewusst die Ansteuerung beeinflussen muss, sondern das passend zu seinem Fahrstil durch eine entsprechende einfache Parametrierung, beispielsweise bei einer Klassifizierung der Fahrpedalrücknahmegeschwindigkeit in zwei oder drei Klassen, einer Verschiebung der Klassen je nach Fahrer, individuell eine Einstellung erfolgen kann, bei welcher der Fahrer im Wesentlichen intuitiv die gewünschte Bedienung vornehmen kann, ohne speziell auf eine bestimmte Betätigung des Fahrpedals zu achten. Auch die oben genannten Einstellungen hinsichtlich des Geschwindigkeitsbereichs können frei parametrierbar gewählt werden, sodass beispielsweise die Grenze zwischen dem Stadtmodus und dem Überlandmodus individuell nach Fahranforderungen und gesetzlichen Vorgaben im jeweiligen Land verschoben werden kann. So kann beispielsweise ein Stadtbus, welcher häufiger auf innerstädtischen Schnellstraßen, auf denen typischerweise Geschwindigkeiten von 60 oder 70 km/h erlaubt sind, unterwegs ist, so eingestellt werden, dass dieser dennoch durchgängig im Stadtmodus verbleibt, oder bewusst ab einer bestimmten Geschwindigkeit in den Überlandmodus wechselt. Auch wäre es denkbar, die Schwelle so zu verschieben, dass in Bereichen mit vielen Zonen 30 ein anderer Modus gewählt wird, als im regulären Stadtbetrieb und/oder im Überlandbetrieb.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert. Die Beispiele werden dabei teilweise unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 Bremsmoment und Fahrpedalposition über der Zeit in einer ersten Klasse eines ersten Ausführungsbeispiels; und
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2 Bremsmoment und Fahrpedalposition über der Zeit in einer zweiten Klasse eines ersten Ausführungsbeispiels,
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt ein ohnehin vorhandenes Fahrpedal in einem Fahrzeug, um damit wenigstens eine verschleißfreie Bremseinrichtung, insbesondere eine rekuperative Bremseinrichtung, beispielsweise einen Generator in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug, ideal ansteuern zu können. Die Erfindung lässt sich dabei einfach per Software oder in der Elektronik des Fahrzeugs umsetzen. Auch elektromechanische oder mechanische Umsetzungen sind prinzipiell denkbar und möglich.
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Kern der Erfindung ist es, die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals während des Fahrens zu ermitteln. Typischerweise wird der Fahrer eines Fahrzeugs das Fahrpedal zum Beschleunigen des Fahrzeugs mehr oder weniger weit durchtreten, um die entsprechende Antriebsleistung von einem Antriebsaggregat oder einem Antriebsstrang mit mehreren Antriebsaggregaten anzufordern. Will der Fahrer nun aus einem Betriebsmodus des Fahrzeugs während der Beschleunigung in einen Betriebsmodus des Fahrzeugs ohne Beschleunigung wechseln, so wird er das Fahrpedal typischerweise intuitiv oder gemäß einem erlernten Steuerungsprinzip mehr oder weniger schnell entlasten, wodurch dieses typischerweise über eine Rückstellkraft, beispielsweise eine Rückstellfeder, in seine Ausgangsposition zurückgestellt wird. Um die Erfindung nutzen zu können, wird nun die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals, also ein Gradient der Fahrpedalrücknahme, erfasst. In der Darstellung der 1 ist die Position des Fahrpedals mit der durchgezogenen Linie über der Zeit dargestellt. Zur Zeit t0 befindet sich das Fahrpedal beispielsweise bei 100 Prozent, ist also voll durchgetreten. Zum Zeitpunkt t4 beginnt der Fahrer das Fahrpedal zu entlasten, sodass dieses zum Zeitpunkt t6 vollständig entlastet ist. Die Entlastung ist dann eine langsame Entlastung und kann beispielsweise von einer Fahrpedalstellung von 100 Prozent bis zu einer Fahrpedalstellung von 0 Prozent in ca. 0,6 Sekunden erfolgen. In diesem Beispiel handelt es sich definitionsgemäß dann um eine langsame Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals. Die zweite gestrichelte Linie in dem Diagramm der 1 zeigt das Bremsmoment einer elektrischen Maschine, welche als Generator beispielsweise in einem Hybridantrieb des Fahrzeugs vorhanden ist, an. Aus der Darstellung ist zu erkennen, dass die elektrische Maschine durchgängig bei 0 Prozent Bremsmoment verbleibt, sodass durch die definitionsgemäß langsame Rücknahmegeschwindigkeit keine Bremsmomentanforderung generiert wird. Das Fahrzeug kann also ausrollen.
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In der Darstellung der 2 ist in derselben Systematik eine Alternative hierzu dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Rücknahme des Fahrpedals von 100 Prozent auf 0 Prozent zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5, also in der halben Zeit wie bei der Darstellung in 1, erfolgt. Diese Rücknahme von 100 Prozent auf 0 Prozent der Stellung des Fahrpedals in ca. 0,3 Sekunden ist definitionsgemäß als schnelle Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals zu verstehen. Diese löst eine Bremsmomentanforderung der Elektromaschine gemäß der gestrichelten Linie aus. Da es sich um ein Bremsmoment handelt, ist dieses mit –100 Prozent dargestellt, die schnelle Rücknahmegeschwindigkeit verursacht also eine Bremsanforderung in Höhe des vollen verfügbaren Bremsmoments der Elektromaschine, welches spätestens zum Zeitpunkt t6 in der Darstellung der 2 anlegt.
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Bei diesem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden also zwei verschiedene Klassen der Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals gebildet, nämlich einmal eine langsame und einmal eine schnelle Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals. Je nach Zuordnung zu einer dieser Klassen wird entweder keine oder die volle Bremsmomentanforderung ausgelöst.
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Ein weiteres mögliches Beispiel könnte auch verschiedene andere Klassifikationen für die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals verwenden. So kann beispielsweise gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches analog dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zu verstehen ist und welches nicht mehr in Form von Diagrammen dargestellt ist, folgende Vorgehensweise geplant werden.
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Beispielsweise kann eine Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals bei einer Rücknahmegeschwindigkeit von 50 Prozent auf 0 Prozent der Fahrpedalstellung in ca. 1 Sekunde als langsam definiert werden und keine Bremsmomentenanforderung auslösen. Eine mittlere Pedalrücknahmegeschwindigkeit, beispielsweise von 30 Prozent der Fahrpedalstellung auf 0 Prozent der Fahrpedalstellung in 0,5 Sekunden, könnte beispielsweise eine Kupplung öffnen oder das Getriebe auf neutral stellen, sodass ohne direkte Verbindung zwischen dem Antriebsaggregat, und hier insbesondere einem Verbrennungsmotor, und den Rädern ein Segeln oder Rollen möglich ist. Gegebenenfalls kann dies mit einer zusätzlichen geringen Bremsmomentenanforderung beispielsweise in der Größenordnung von 250 Nm bei einem Nutzfahrzeug verbunden werden, wobei diese Bremsmomentenanforderung durch einen Generator realisiert wird. Kommt es dagegen zu einer schnellen Fahrpedalrücknahme, beispielsweise von 50 Prozent der Fahrpedalstellung auf 0 Prozent der Fahrpedalstellung in lediglich 0,1 oder 0,2 Sekunden, dann wird eine hohe Bremsmomentenanforderung ausgelöst, beispielsweise ein Bremsmoment in der Größenordnung von 500 Nm. Gleichzeitig wird hierbei auf eine Neutralstellung oder ein Öffnen einer Kupplung verzichtet, um zusätzlich das Bremsmoment des Antriebsaggregats, insbesondere des Verbrennungsmotors, zur Verfügung zu haben.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel könnte bei einer langsamen Fahrpedalrücknahme, welche beispielsweise bei einer Rücknahme zwischen 40 Prozent und 0 Prozent der Fahrpedalstellung in 0,8 Sekunden definiert sein kann, eine Kupplung öffnen oder eine Neutralstellung erreicht werden. Dann ist ein Rollen beziehungsweise Segeln möglich. Kommt es zu einer schnellen Fahrpedalrücknahme beispielsweise um den gleichen Betrag in der halben Zeit, dann würde die Kupplung geschlossen bleiben, sodass die Bremsanforderung über den Verbrennungsmotor zumindest teilweise erfüllt werden kann.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel soll das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der 1 hinsichtlich seiner Zahlen nochmals aufgegriffen werden. Bei der dort definierten langsamen Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals soll wie gehabt keine Bremsanforderung erfolgen. Kommt es zu einer schnellen Fahrpedalrücknahme gemäß der Definition des Beispiels 1, dann soll, und hier nur bei Fahrgeschwindigkeiten größer als beispielsweise 55 km/h, eine Bremsleistungsanforderung von beispielsweise 400 Nm realisiert werden. Liegt die Fahrgeschwindigkeit dagegen unter 55 km/h, wird eine Bremsleistungsanforderung lediglich in der Höhe von ca. 250 Nm realisiert, da dies bei diesen Geschwindigkeiten ausreicht.
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Ergänzend zu dieser Einteilung der Bremsleistungsanforderung in Abhängigkeit der Fahrzeugsgeschwindigkeit in zwei Klassen ist es auch denkbar, dass lediglich die Rücknahmegeschwindigkeit des Fahrpedals in zwei oder drei Klassen eingeteilt wird, und dass die Bremsleistungsanforderung ergänzend dazu linear zur Fahrgeschwindigkeit oder über ein geeignetes Kennfeld beziehungsweise eine Kennlinie in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit vorgegeben wird, um so ein sanftes aber effizientes Abbremsen des Fahrzeugs zu realisieren.
