DE102012020880B4 - Motor vehicle with a hybrid or electric drive - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug mit einem Hybrid- oder Elektroantrieb, umfassend:- wenigstens eine elektrische Maschine, die zum Rekuperieren von Energie während eines Bremsvorgangs ausgebildet ist;- eine hydraulische Bremsanlage mit einem an zwei Bremskreisläufe angeschlossenen Tandemhauptbremszylinder;- ein Mittel zum Aufteilen von Bremsleistung zwischen Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine und der hydraulischen Bremsanlage, und- einen mechanischen Aktuator, um das Volumen von Hydraulikflüssigkeit der hydraulischen Bremsanlage zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung zwischen dem Tandemhauptbremszylinder (5) und einer Bremsbacke derjenigen Achse, an der die elektrische Maschine (3) angeordnet ist, aufweist, wobei das Mittel als Waagebalken (11) ausgebildet ist, der mit einer ein Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine (3) sensierenden Kugelrampe (6) zur Steuerung der hydraulischen Übersetzung verbunden ist.Motor vehicle with a hybrid or electric drive, comprising: - at least one electrical machine which is designed to recuperate energy during a braking process; - a hydraulic brake system with a tandem master cylinder connected to two brake circuits; - a means for dividing braking power between recuperation power and the electrical Machine and the hydraulic brake system, and a mechanical actuator to influence the volume of hydraulic fluid of the hydraulic brake system, characterized in that the motor vehicle has a means for adjusting the hydraulic translation between the tandem master brake cylinder (5) and a brake shoe of the axis on which the electrical machine (3) is arranged, the means being designed as a balance beam (11) which is connected to a ball ramp (6) which senses a recuperation torque of the electrical machine (3) for controlling the hydraulic transmission.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid- oder Elektroantrieb, umfassend wenigstens eine elektrische Maschine, die zum Rekuperieren von Energie während eines Bremsvorgangs ausgebildet ist, eine hydraulische Bremsanlage mit einem an zwei Bremskreisläufe angeschlossenen Tandemhauptbremszylinder, ein Mittel zum Aufteilen von Bremsleistung zwischen Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine und der hydraulischen Bremsanlage, und einen mechanischen Aktuator, um das Volumen von Hydraulikflüssigkeit der hydraulischen Bremsanlage zu beeinflussen.The invention relates to a motor vehicle with a hybrid or electric drive, comprising at least one electric machine which is designed to recuperate energy during a braking operation, a hydraulic brake system with a tandem master brake cylinder connected to two brake circuits, and a means for dividing braking power between the regenerative power of the electric ones Machine and the hydraulic brake system, and a mechanical actuator to influence the volume of hydraulic fluid in the hydraulic brake system.
Der Begriff Hybridfahrzeug bzw. Hybridantrieb wird in dieser Anmeldung für Kraftfahrzeuge verwendet, die wenigstens zwei unterschiedliche Antriebe aufweisen, wobei typischerweise ein Verbrennungsmotor und wenigstens eine elektrische Maschine vorgesehen sind. Die elektrische Maschine wird dabei so gesteuert, dass während eines Bremsvorgangs durch Rekuperation Energie wiedergewonnen werden kann, die in einer Batterie oder in einem anderen Speicher gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb einer Fahrzeugachse verwendet werden kann.The term hybrid vehicle or hybrid drive is used in this application for motor vehicles which have at least two different drives, typically an internal combustion engine and at least one electrical machine being provided. The electrical machine is controlled in such a way that energy can be recovered during a braking process by recuperation, which energy can be stored in a battery or in another memory and used at a later time to drive a vehicle axle.
Bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug wird angestrebt, dass diejenige Achse, an der sich die elektrische Maschine befindet, während eines Bremsvorgangs maximal rekuperieren soll. Das bedeutet, dass eine mechanische, insbesondere hy-draulische Bremsanlage, die parallel zur elektrischen Maschine geschaltet ist, in diesem Betriebszustand möglichst wenig bremsen soll, damit ein möglichst großer Anteil der Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Aus verschiedenen Gründen ist jedoch die Rekuperationsleistung des aus der elektrischen Maschine und dem angeschlossenen Energiespeicher bestehenden Systems veränderlich. Die Rekuperationsleistung hängt beispielsweise vom Ladezustand der Batterie oder der Temperatur der elektrischen Maschine ab. Die Bremsanlage muss daher „blendingfähig“ sein, d. h., die Bremsleistung muss zwischen der hydraulischen Bremsanlage und der durch Rekuperation erzeugten Bremsleistung aufgeteilt werden können.In the case of a hybrid or electric vehicle, the aim is that the axis on which the electrical machine is located should recuperate as much as possible during a braking operation. This means that a mechanical, in particular hydraulic, brake system, which is connected in parallel to the electrical machine, should brake as little as possible in this operating state, so that the greatest possible proportion of the braking energy is converted into electrical energy. For various reasons, however, the recuperation performance of the system consisting of the electrical machine and the connected energy store is variable. The recuperation power depends, for example, on the state of charge of the battery or the temperature of the electrical machine. The braking system must therefore be "capable of blending", i. that is, the braking power must be able to be divided between the hydraulic braking system and the braking power generated by recuperation.
Aus der gattungsbildenden
Aus der Druckschrift
Es wird angestrebt, dass eine Veränderung der Bremskraftverteilung bei einer blendingfähigen Bremsanlage vom Fahrer nicht wahrgenommen werden kann. Im Optimalfall sollen sich Pedalkraft und Pedalweg wie bei einer herkömmlichen Bremsanlage verhalten.The aim is that the driver cannot perceive a change in the braking force distribution in a blending-capable braking system. In the best case, pedal force and pedal travel should behave like a conventional brake system.
Um eine Aufteilung der Bremsleistung zu ermöglichen, ist bereits vorgeschlagen worden, ein Hydroaggregat zu verwenden, dabei handelt es sich um einen Block mit Ventilen und einer Pumpe, wobei entweder Proportionalventile oder ein- und ausschaltbare Ventile verwendet werden. Mit einem derartigen Hydroaggregat können die Drücke an den Bremssätteln der hydraulischen Bremsanlage weitgehend unabhängig von der Bremspedalstellung variiert werden. Es kann gezielt Druck entnommen werden, wenn die elektrische Maschine bremst. Andererseits wird es als nachteilig angesehen, dass Pulsationen am Bremspedal zu spüren sind, zudem wird eine verhältnismäßig große Pumpenleistung benötigt.In order to enable a distribution of the braking power, it has already been proposed to use a hydraulic unit, which is a block with valves and a pump, using either proportional valves or valves that can be switched on and off. With such a hydraulic unit, the pressures on the brake calipers of the hydraulic brake system can be varied largely independently of the brake pedal position. Pressure can be removed when the electrical machine brakes. On the other hand, it is considered disadvantageous that pulsations can be felt on the brake pedal, and a relatively large pump output is also required.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid- oder Elektroantrieb anzugeben, das eine blendingfähige Bremsanlage aufweist, wobei eine veränderte Einstellung der Bremsleistung vom Fahrer jedoch nicht spürbar sein soll.The invention is therefore based on the object of specifying a motor vehicle with a hybrid or electric drive, which has a blending-capable braking system, but a change in the braking power setting should not be noticeable by the driver.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein Mittel zum Einstellen der hy-draulischen Übersetzung zwischen dem Tandemhauptbremszylinder und einer Bremsbacke derjenigen Achse, an der die elektrische Maschine angeordnet ist, aufweist, wobei das Mittel als Waagebalken ausgebildet ist, der mit einer ein Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine sensierenden Kugelrampe zur Steuerung der hydraulischen Übersetzung verbunden ist.To achieve this object, it is provided according to the invention in a motor vehicle of the type mentioned at the outset that there is a means for adjusting the hydraulic ratio between the tandem master brake cylinder and a Brake shoe of that axis on which the electrical machine is arranged, wherein the means is designed as a balance beam, which is connected to a ball ramp sensing a recuperation torque of the electrical machine for controlling the hydraulic ratio.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Veränderung der Aufteilung der Bremsleistung während der Rekuperation durch einen mechanischen Aktuator bewirkt werden kann, der zwei unterschiedliche Funktionen durchführt. Einerseits wird durch den mechanischen Aktuator das Volumen von Hydraulikflüssigkeit der hydraulischen Bremsanlage geändert, andererseits wird durch den mechanischen Aktuator die hydraulische Übersetzung zwischen dem Tandemhauptbremszylinder und einer Bremsbacke derjenigen Achse, an der die elektrische Maschine angeordnet ist, angepasst. Diese beiden Einflüsse sind so aufeinander abgestimmt, dass ein Blendingvorgang, d. h. eine Veränderung der Bremsleistung, d. h. eine geänderte Aufteilung der Bremsleistung während der Rekuperation zwischen der Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine und der hydraulischen Bremsanlage vom Fahrer nicht wahrnehmbar ist.The invention is based on the knowledge that a change in the distribution of the braking power during recuperation can be brought about by a mechanical actuator that performs two different functions. On the one hand, the volume of hydraulic fluid of the hydraulic brake system is changed by the mechanical actuator, on the other hand, the hydraulic ratio between the tandem master brake cylinder and a brake shoe of the axis on which the electrical machine is arranged is adjusted by the mechanical actuator. These two influences are coordinated so that a blending process, i.e. H. a change in braking performance, d. H. a changed distribution of the braking power during the recuperation between the recuperating power of the electrical machine and the hydraulic braking system is not perceptible to the driver.
Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, dass der mechanische Aktuator als die Kugelrampe ausgebildet ist, deren eine Seite mit der Abtriebswelle der oder einer elektrischen Maschine verbunden ist und deren andere Seite mit einem an die hydraulische Bremsanlage angeschlossenen Kolben verbunden ist, dessen Hub proportional zu dem von der Abtriebswelle erzeugten Moment ist.According to the invention, it is particularly preferred that the mechanical actuator is designed as a ball ramp, one side of which is connected to the output shaft of the or an electrical machine and the other side of which is connected to a piston connected to the hydraulic brake system, the stroke of which is proportional to that of the output shaft is generated torque.
Die Kugelrampe dient als ein Moment sensierendes Element der Abtriebswelle der elektrischen Maschine. Dementsprechend kann mittels der Kugelrampe die Größe des von der elektrischen Maschine erzeugten Moments während der Rekuperation erfasst werden. Mittels des erfassten Rekuperationsmoments wird rein mechanisch der an die hydraulische Bremsanlage angeschlossene Kolben gesteuert, dessen Hub proportional zu dem von der Abtriebswelle erzeugte Moment ist. Der mechanische Aktuator, insbesondere die Kugelrampe, kann entweder mechanisch mit dem Kolben verbunden sein, alternativ kann auch eine elektrische Verbindung und dementsprechend eine elektrische Verstellung vorgesehen sein. Durch die proportional zum Rekuperationsmoment erfolgende Verstellung des Kolbens wird das Volumen von Hydraulikflüssigkeit der hydraulischen Bremsanlage so beeinflusst, dass sich keine Änderung der Pedalstellung des Bremspedals ergibt, die ohne diese Maßnahme auftreten würde und die ansonsten vom Fahrer wahrnehmbar wäre.The ball ramp serves as a moment-sensing element of the output shaft of the electrical machine. Accordingly, the size of the torque generated by the electrical machine can be detected during the recuperation by means of the ball ramp. The piston connected to the hydraulic brake system is controlled purely mechanically by means of the recuperation torque, the stroke of which is proportional to the torque generated by the output shaft. The mechanical actuator, in particular the ball ramp, can either be mechanically connected to the piston, alternatively an electrical connection and, accordingly, an electrical adjustment can also be provided. The displacement of the piston, which is proportional to the recuperation torque, influences the volume of hydraulic fluid in the hydraulic brake system in such a way that there is no change in the pedal position of the brake pedal which would occur without this measure and which would otherwise be perceptible to the driver.
Im Rahmen einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann es vorgesehen sein, dass der mechanische Aktuator, insbesondere die Kugelrampe nur in einer Drehrichtung wirksam ist, die dem Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine entspricht. Das bedeutet, dass die Kugelrampe ähnlich wie ein Freilauf funktioniert und nur in einer Drehrichtung ein dem Rekuperationsmoment proportionales Signal bzw. eine proportionale Verschiebung erzeugt. Wenn die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, der von einem Energiespeicher gespeist wird, wird durch den mechanischen Aktuator, insbesondere durch die Kugelrampe, kein entsprechendes Signal bzw. keine Verschiebung erzeugt. Die Kugelrampe kommt somit nur zum Einsatz, wenn sich eine elektrische Maschine im Rekuperationsbetrieb befindet.In a further development of the motor vehicle according to the invention it can be provided that the mechanical actuator, in particular the ball ramp, is only effective in a direction of rotation which corresponds to the recuperation mode of the electrical machine. This means that the ball ramp works similarly to a freewheel and only generates a signal or a proportional displacement proportional to the recuperation torque in one direction of rotation. If the electrical machine is operated as a motor which is fed by an energy store, no corresponding signal or displacement is generated by the mechanical actuator, in particular by the ball ramp. The ball ramp is therefore only used when an electrical machine is in recuperation mode.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann es vorgesehen sein, dass der Aktuator auf einer Welle an einem Getriebe zwischen der elektrischen Maschine und einem Differential angeordnet ist.In the motor vehicle according to the invention it can be provided that the actuator is arranged on a shaft on a transmission between the electrical machine and a differential.
Um die gewünschte Funktion zu gewährleisten, ist der mechanische Aktuator des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs so ausgebildet, dass die Bremswirkung der hydraulischen Bremsanlage während der Rekuperation reduziert wird. Dadurch wird die gewünschte Wirkung erzielt, dass die elektrische Maschine maximal rekuperieren kann, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.To ensure the desired function, the mechanical actuator of the motor vehicle according to the invention is designed such that the braking effect of the hydraulic brake system is reduced during the recuperation. This achieves the desired effect that the electrical machine can recuperate to a maximum in order to convert kinetic energy into electrical energy.
Im Rahmen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass das Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung als Waagebalken ausgebildet ist. Das Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung ist zwischen dem Tandemhauptbremszylinder und einer Bremsbacke derjenigen Achse, an der die elektrische Maschine angeordnet ist, angeordnet. Während der Rekuperation erfolgt eine Änderung der hydraulischen Übersetzung dahingehend, dass die Bremswirkung der hydraulischen Bremsanlage reduziert wird. Ein bestimmter Druck in einer mit dem Tandemhauptbremszylinder verbundenen Leitung wird somit durch das Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung verringert und führt zu einer verringerten Bremsleistung an der Bremsbacke derjenigen Achse, an der die elektrische Maschine angeordnet ist, sodass ein größerer Teil der Bremsleistung durch Rekuperation erzeugt werden kann. Die Übersetzungsänderung durch einen Waagebalken kann man sich so vorstellen, dass ein Lagerpunkt des Waagebalkens verschoben wird, um auf diese Weise ein Ungleichgewicht zwischen zwei Seiten einer Waage zu erzeugen. Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Mittel in Frage, um mechanisch eine geänderte Übersetzung in einer Hydraulikleitung zu erzeugen.In the context of the invention, it can also be provided that the means for adjusting the hydraulic ratio is designed as a balance beam. The means for adjusting the hydraulic ratio is arranged between the tandem master brake cylinder and a brake shoe of the axis on which the electrical machine is arranged. During the recuperation, the hydraulic ratio is changed in such a way that the braking effect of the hydraulic brake system is reduced. A certain pressure in a line connected to the tandem master brake cylinder is thus reduced by the means for adjusting the hydraulic ratio and leads to a reduced braking power on the brake shoe of the axis on which the electrical machine is arranged, so that a larger part of the braking power is generated by recuperation can be. The change in translation by a balance beam can be thought of as shifting a bearing point of the balance beam in order to create an imbalance between two sides of a balance. In principle, however, other means are also possible in order to mechanically generate a changed translation in a hydraulic line.
Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, dass das Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung derart mit dem mechanischen Aktuator gekoppelt ist, dass die Übersetzungsänderung proportional zu dem von der Abtriebswelle erzeugten Moment ist. Die Übersetzung ist dabei so gewählt, dass das von der Abtriebswelle erzeugte Moment als Stellgröße für die hydraulische Übersetzung verwendet werden kann. Dementsprechend wird bei einem großen Rekuperationsmoment, das von dem mechanischen Aktuator sensiert wird, auch die Übersetzung stärker geändert, sodass die Bremswirkung der hydraulischen Bremsanlage während der Rekuperation stärker verringert wird.According to the invention, it is particularly preferred that the means for adjusting the hydraulic ratio is coupled to the mechanical actuator in such a way that the change in ratio is proportional to the torque generated by the output shaft. The gear ratio is selected so that the torque generated by the output shaft can be used as a manipulated variable for the hydraulic gear ratio. Accordingly, with a large recuperation torque that is sensed by the mechanical actuator, the transmission ratio is also changed more, so that the braking effect of the hydraulic brake system is reduced more during recuperation.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug wird es besonders bevorzugt, dass das Mittel zum Einstellen der hydraulischen Übersetzung so gesteuert wird, dass die Summe der Bremsmomente konstant ist. Wesentlich ist dabei, dass die Summe der Bremsmomente, die auf diejenige Achse, die die elektrische Maschine aufweist, konstant ist. Das Bremsmoment wird einerseits hydraulisch über eine oder mehrere Bremsbacken bzw. einen oder mehrere Bremssättel und andererseits elektrisch während des Rekuperationsbetriebs der elektrischen Maschine erzeugt. Unabhängig vom aktuellen Grad der Rekuperation bleibt die Summe der Bremsmomente konstant. Bei dieser Ausgestaltung kann der Fahrer weder an der Pedalstellung noch anhand des Bremsverhaltens des Kraftfahrzeugs feststellen, ob aktuell eine Rekuperation stattfindet und wie stark diese ist.In the motor vehicle according to the invention, it is particularly preferred that the means for adjusting the hydraulic ratio is controlled so that the sum of the braking torques is constant. It is essential that the sum of the braking torques on the axis that the electrical machine has is constant. The braking torque is generated on the one hand hydraulically via one or more brake shoes or one or more brake calipers and on the other hand electrically during the recuperation mode of the electrical machine. Regardless of the current degree of recuperation, the sum of the braking torques remains constant. In this embodiment, the driver cannot determine whether a recuperation is currently taking place and how strong it is, neither on the pedal position nor on the basis of the braking behavior of the motor vehicle.
Die wenigstens eine elektrische Maschine kann entweder an der Hinterachse oder an der Vorderachse angeordnet sein. Ein Kraftfahrzeug kann jedoch auch mehrere elektrische Maschinen aufweisen, diese können auf derselben Achse oder unterschiedlichen Achsen angeordnet sein.The at least one electrical machine can be arranged either on the rear axle or on the front axle. However, a motor vehicle can also have several electrical machines, these can be arranged on the same axis or different axes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the drawing.
Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und zeigt die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.The drawing is a schematic representation and shows the essential components of a motor vehicle according to the invention.
Das in
Das Kraftfahrzeug
Bei anderen Ausführungsbeispielen können anstelle eines Tandemhauptbremszylinders auch zwei separate Hauptbremszylinder vorgesehen sein.In other exemplary embodiments, two separate master brake cylinders can also be provided instead of a tandem master brake cylinder.
Das Kraftfahrzeug
Die Abtriebswelle
Die Aufteilung der Bremsleistung zwischen Rekuperationleistung der elektrischen Maschine und der hydraulischen Bremsanlage erfolgt primär durch die Steuerung der elektrischen Maschine
Im Rekuperationsbetrieb wird somit der an einem Bremssattel anliegende hydraulische Druck reduziert, gleichzeitig erfolgt eine Volumenänderung mittels des Kolbens
Die Reduzierung der hydraulischen Bremswirkung erfolgt in dem Maße, dass die Summe der Bremsmomente an einer Achse, d. h., die Summe des hydraulisch über den oder die Bremssättel aufgebrachten Bremsmoments und des elektrisch durch Rekuperation aufgebrachten Bremsmoments konstant bleibt. Wesentlich ist dabei, dass die Summe der Bremsmomente unabhängig vom Grad der Rekuperation konstant bleibt. Weil gleichzeitig der hydraulische Druck des Bremskreises, in dem sich der Waagebalken
Die Einstellung des Systems kann an mehreren Stellen angepasst werden, z. B. durch die Steigung der Kugelrampe
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