DE102012021057A1 - Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugbremssystems bei der Rekuperation sowie Fahrzeugbremssystem - Google Patents

Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugbremssystems bei der Rekuperation sowie Fahrzeugbremssystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugbremssystems bei der Rekuperation, aufweisend mindestens eine Reibbremse an den Rädern des Fahrzeugs sowie mindestens ein elektrisch-regeneratives Bremssystem, in dem mindestens eine elektrische Maschine unter Aufbringung eines elektrisch-regenerativen Bremsmoments zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie eingesetzt werden kann. Hierbei wird die als elektromechanische Reibbremse ausgebildete Reibbremse und das elektrisch-regenerative Bremssystem während eines Bremsvorgangs laufend derart angesteuert und deren jeweiliger Anteil an der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeuges so nachgeregelt, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges maximiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeugbremssystem gemäß Oberbegriff von Anspruch 9.
  • Bei Elektrofahrzeugen besteht ein wesentlicher Vorteil gegenüber Fahrzeugen mit Wärmekraftmaschine darin, dass ein Teil der Bremsenergie durch Rekuperation zurückgewonnen werden kann. Unter Rekuperation versteht man dabei, dass ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeuges bei einem Bremsvorgang dadurch zurück gewonnen werden kann, dass der Elektromotor oder die Elektromotoren des Fahrzeugs, die zum Antrieb dienen, im Bremsbetrieb auf den Generatorbetrieb umgeschaltet werden und in diesem Betriebszustand einen Strom erzeugen, der der Fahrzeugbatterie zugeführt und damit die Fahrzeugbatterie wieder aufgeladen werden kann.
  • Für diesen Zweck in Fahrzeugen vorgesehene sog. regenerative Bremssysteme erlauben es damit, zumindest einen Anteil der beim Bremsen sonst in Wärme umgewandelten Bremsenergie in der Batterie des Fahrzeugs zu speichern und für den späteren erneuten Fahrbetrieb des Fahrzeuges wiederzuverwenden. Dadurch kann der Energieverbrauch des Fahrzeuges insgesamt gesenkt und der Betrieb damit wirtschaftlicher gestaltet werden. Kraftfahrzeuge mit einem regenerativen Bremssystem weisen dazu in der Regel verschiedene Arten von Bremsaktuatoren auf.
  • Dabei werden bisher vornehmlich sog. Reibbremsen, die aus herkömmlichen Kraftfahrzeugen bekannt sind, und ein sogenanntes elektrisch-regeneratives Bremssystem eingesetzt. Der notwendige Bremsdruck für die Reibbremsen wird wie in konventionellen Fahrzeugreibbremsen über eine Einrichtung zur Erzeugung des Bremsdruck wie eine hydraulische Pumpe bzw. über die Druckerzeugung aufgrund der Bewegung des Bremspedals wie bei herkömmlichen hydraulischen Bremssystemen bekannt aufgebracht. Das elektrisch-regenerative Bremssystem weist normalerweise einen im Generatorbetrieb angesteuerten elektrischen Motor oder mehrere elektrische Motoren auf, die zumindest einen bestimmten Anteil der benötigten Bremsleistung aufbringen. Die derart zurück gewonnene elektrische Energie wird in ein normalerweise elektrisches Speichermedium wie beispielsweise einer Fahrzeugbatterie eingespeist und für den späteren Antrieb des Fahrzeugs wiederverwendet.
  • Für die Erzielung eines möglichst hohen Anteils an beim Bremsvorgang rekuperierter Energie ist es erforderlich, abhängig von dem jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeuges den Anteil der sonst beim Bremsen in Wärme umgewandelten kinetischen Energie des Fahrzeugs über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauen und dabei zu rekuperieren. Hierbei ist dieser Anteil maximal rückgewinnbarer kinetischer Energie zum einen von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig, zum anderen aber auch von dem Ladezustand der Fahrzeugbatterie und anderen Faktoren. Diese Werte verändern sich in der Regel laufend während des Bremsvorgangs, so dass der Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem geleiteten und damit rekuperierbaren Energie und der durch die Reibbremsen abgebauten kinetischen Energie sich während des Bremsvorgangs laufend ändern sollte, um einen optimalen Rekuperationsanteil zu erhalten.
  • Ein hierfür notwendiges Balancing zwischen dem Anteil der hydraulischen Bremse und dem Anteil des elektrisch-regenerativen Bremssystems und damit der möglichen Rekuperation am gesamten Bremsvorgang ist in einem Elektrofahrzeug mit konventioneller hydraulischer Bremsanlage nicht rückwirkungsfrei möglich. Die Rekuperation kann zwar elektronisch gesteuert werden, doch sobald die Hydraulikflüssigkeit innerhalb des hydraulischen Bremssystems in die Radbremskolben verschoben wurde, kann diese nicht mehr rückwirkungsfrei entfernt werden, wie dies auch beim konventionellen Antiblockiersystem ABS bzw. dem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP bekannt ist. Hier muss die Hydraulikflüssigkeit immer mit Hilfe einer Pumpe zurück in den Hauptbremszylinder gedrückt werden. Erst, wenn dieser hierdurch wieder in die Ausgangsstellung geschoben wurde, ist die Verbindung zwischen Hauptbremszylinder und Vorratsbehälter über die sog. Schnüffellöcher offen und die Bremsflüssigkeit kann in den Vorratsbehälter gefördert werden. Da Hauptbremszylinder und Bremspedal direkt verbunden sind, wird somit das Bremspedal bei Abbau des Bremsdrucks zunehmend in die Ausgangsstellung zurück gezwungen. Dieser Zusammenhang zeigt sich im Falle des Tätigwerdens des ABS (Druckaufbau und Druckabbau) in einem Ruckeln des Bremspedals äußert. Somit besteht in diesem Fall zwischen Verzögerungswunsch und Bremspedalstellung kein linearer Zusammenhang.
  • Weiter gibt es auf Grund des Systemaufbaus des Elektrofahrzeugs (Batterie/Inverter/Motoren) feste Obergrenzen für eine mögliche Rekuperation. Der begrenzende Faktor ist hier die maximale Rekuperationsleistung bei fester Traktionsbatteriespannung eines Elektrofahrzeuges, die direkt durch den maximalen Strom begrenzt ist. Diese Grenzen werden bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs sehr schnell erreicht.
  • Es folgt aus der Energiegleichung W = ½ m (v2 2 – v1 2) und der Beschleunigungsgleichung a = Δ v/t sofort, dass eine konstante Verzögerung bei höheren Geschwindigkeiten deutlich mehr Leistung liefert als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Oder anders ausgedrückt, der Abbau von 10 km/h bei einer Startgeschwindigkeit von 150 km/h liefert deutlich mehr Energie als der Abbau von 10 km/h bei einer Startgeschwindigkeit von 50 km/h.
  • Ein Bremsvorgang bei Elektroautos sieht heute meist wie folgt aus:
    Zuerst erfolgt ein Anbremsen aus hoher Geschwindigkeit mit einer konstanten Bremspedalstellung, d. h. Fahrerwunsch ist eine konstante Verzögerung. Bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird auch eine entsprechend hohe Verzögerungsenergie frei, so dass abhängig u. a. vom Ladezustand der Batterie eine maximale Rekuperation erzielt werden kann. Es wird daher das elektrisch-regenerative Bremssystem in einen Betriebszustand geschaltet, bei dem eine maximale Rekuperation erreichbar ist, der Rest der abzubauenden kinetischen Energie wird über die hydraulische Reibbremse abgebaut.
  • Wird bei einer Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs von z. B. 100 km/h ein Bremsvorgang begonnen, so steht an dem elektrisch-regenerativen Bremssystem nur eine geringe regenerative Bremsverzögerung zur Verfügung. Hält man während des Bremsvorgangs das Verhältnis zwischen regenerativem und durch Reibbremsen erzeugtem Bremsmoment über den gesamten Bremsvorgang konstant, so beschränkt dies die zurückgewonnene elektrische Energie, d. h. der Wirkungsgrad der Energierückgewinnung ist in der Regel geringer als physikalisch möglich.
  • Über den Bremsvorgang wird Geschwindigkeit abgebaut, somit könnte zunehmend mehr Bremsmoment durch die Rekuperation gestellt werden. Um weiterhin eine konstante Verzögerung bei gleichbleibender Pedalstellung zu erreichen, müsste die hydraulische Reibbremse im gleichen Maße weniger verzögern. Dies ist, wie vorstehend erwähnt, nicht rückwirkungsfrei möglich – hier sind die Systemgrenzen erreicht und es wird über die gesamte Bremsung nicht stärker rekuperiert als zu Bremsbeginn festgelegt.
  • Somit besteht bei Elektroautos eine direkte Abhängigkeit, der möglichen Energierückgewinnung zur Bremsstartgeschwindigkeit. Hierdurch wird das Rekuperationsvermögen über eine Bremsung nie voll ausgeschöpft.
  • Zur Lösung dieses Problems und zur Erhöhung des Anteils rekuperierter Bremsenergie wird versucht, die Verzögerung über Rekuperation und die Verzögerung über die konventionelle hydraulische Bremsanlage zu trennen.
  • Bei einer ersten bekannten Lösung wird nur über mit Hilfe des Gaspedals rekuperiert, indem eine übertriebene Nachbildung des Motorschleppmoments in der Fahrzeugcharakteristik erzeugt wird. Ziel hierbei ist es, den Fahrer möglichst vom Bremspedal fern zu halten und erfolgt durch die übertrieben ausgebildete Nachbildung des sog. Motorschleppmoments, das ähnlich wie das natürliche Motorschleppmoment bei einem Fahrzeug mit Wärmekraftmaschine ausgebildet wird, wenn das Gaspedal gelöst wird. Hierzu wird bei Lösen des Gaspedals das elektrisch-regenerative Bremssystem betätigt und damit ein Energieabbau des Fahrzeugs erreicht, der rekuperiert werden kann, wenn der Fahrer das Gaspedal löst.
  • Bei einer anderen bekannten Lösung wird eine sog. mechanische Lücke in die Pedalbetätigung des Bremspedals eingebaut, d. h. ein fester Anteil des Pedalwegs ist für die Rekuperation reserviert. Hierzu wird ein Leerweg des Bremspedal im ersten Bereich des Pedalhubs für die Rekuperation genutzt. In diesem Bereich des Pedalwegs führt die Pedalbetätigung des Bremspedals nicht direkt zur Betätigung der Hydraulik der Reibbremse, sondern die Pedalbetätigung wird nur messtechnisch erfasst und proportional über das elektrisch-regenerative Bremssystem verzögert und damit steht diese abzubauende kinetische Energie für die Rekuperation zur Verfügung.
  • Beide bekannten Lösungen weisen Nachteile auf:
    Bei der überstarken Nachbildung des Motorschleppmoments ist kein „Ausrollen” des Fahrzeugs ohne Pedalbetätigung möglich, dies ergibt ein für den Fahrzeuge mit hydraulischen Bremssystems gewohnten Fahrer ein ungewohntes Verzögerungsverhalten. Gesetzliche Vorschriften limitieren die maximale Verzögerung, somit auch die maximale Rekuperation. Auch hier wird das Rekuperationsvermögen zu Beginn der Bremsung festgelegt (und limitiert) um, z. B. mit voll gelöstem Gaspedal gleichbleibend zu verzögern.
  • Die Ausbilden einer mechanischen Lücke in der Pedalbetätigung des Bremspedals führt dazu, dass die Fahrzeugverzögerung bei gleicher Bremspedalbetätigung unterschiedlich ausfallen kann, je nachdem ob Rekuperation möglich ist oder nicht (z. B. ob die Fahrzeugbatterie voll oder nur teilweise voll ist). Auch ist hierbei wieder das Rekuperationsvermögen zu Beginn der Bremsung entscheidend. So besitzt eine 50% Bremspedalstellung einen hydraulischen Bremsanteil und einen auf Rekuperation zurückgehenden Bremsanteil. Das über die Bremsung zunehmende Rekuperationsvermögen kann auch hier nicht mehr ausgenutzt werden, um die feste Abhängigkeit zwischen Verzögerung und Pedalstellung zu erhalten.
  • Es ist daher bei beiden Verfahren nicht möglich, die maximal zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie auch tatsächlich auszunutzen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein geeignetes Bremssystem zur Verfügung zu stellen, das eine möglichst optimale Ausnutzung der für jeden Fahrzustand maximal zur Verfügung stehenden Rekuperationsenergie erlaubt.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Bremssystems aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugbremssystems bei der Rekuperation, aufweisend mindestens eine Reibbremse an den Rädern des Fahrzeugs sowie mindestens ein elektrisch-regeneratives Bremssystem, in dem mindestens eine elektrische Maschine unter Aufbringung eines elektrisch-regenerativen Bremsmoments zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie eingesetzt werden kann. Ein derartiges Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass die als elektromechanische Reibbremse ausgebildete Reibbremse und das elektrisch-regenerative Bremssystem während eines Bremsvorgangs laufend derart angesteuert und deren jeweiliger Anteil an der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeuges so nachgeregelt wird, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges maximiert wird.
  • Es wird hierzu eine elektromechanische Reibbremse mit der Rekuperationsverzögerung des im Elektrofahrzeug verbauten elektrisch-regenerativen Bremssystems kombiniert. Somit kann immer fester Zusammenhang zwischen Bremspedalstellung und eingestellter Verzögerung sichergestellt werden. Die generatorische Leistung des Gesamtsystems kann in den Systemgrenzen voll ausgeschöpft werden. Die Systemgrenzen sind definiert durch die maximale Leistung von Motoren/Invertern und Batterien. So wird bei einer Bremsung immer primär die durch den Betriebszustand des Fahrzeug maximal mögliche Rekuperation des elektrisch-regenerativen Bremssystems ausgenutzt und das Restmoment durch die elektromechanische Reibbremse gestellt. Es kann immer ein Maximum an Energie zurückgewonnen werden. Die Reibbremse wird geschont. Hierzu kann die Bremse für ein Elektrofahrzeug dabei als Hybridbremse aus mindestens einer elektromechanischen Reibbremse und dem elektrisch-regenerativen Bremssystem aufgebaut werden und frei zwischen den jeweiligen Teilwirkungen balanciert werden, um für jede Bremsung die maximale Rekuperationsenergie ausnutzen zu können.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass immer ein möglichst großes elektrisch-regeneratives Bremsmoment aufgebracht werden soll, um einen möglichst hohen Anteil der aufgrund des Bremsvorgangs abzubauenden Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Form elektrischer Energie zurückzugewinnen. Kann das elektrisch-regenerative Bremssystem mit abnehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber dem Beginn des Bremsvorgangs eine erhöhte regenerative Verzögerung bereitstellen, so soll diese Erhöhung auch genutzt und das Verhältnis von regenerativer Verzögerung und Verzögerung durch die elektromechanische Reibbremse optimiert werden. Somit steht für nachfolgende Beschleunigungsvorgänge des Fahrzeugs auch mehr elektrische Energie zur Verfügung, die Reichweite des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs erhöht sich.
  • Von wesentlichem Vorteil ist es, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges abhängig vom Ladezustand des Antriebs-Energiespeichers des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Ist der Antriebs-Energiespeicher im wesentlichen voll gefüllt, wird das elektrisch-regenerative Bremssystem so angesteuert, dass im wesentlichen keine Rekuperation erfolgt. Lässt der Ladezustand des Antriebs-Energiespeichers hingegen die Aufnahme rekuperierter Energie zu, so kann das elektrisch-regenerative Bremssystem so angesteuert, dass im jeweiligen Zustand das maximale Maß der möglichen Rekuperationswirkung ausgenutzt wird.
  • Von besonderem Vorteil ist es, dass die Aufteilung der Bremsverzögerung während des Bremsvorgangs kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich angepasst wird. Eine quasi-kontinuierliche Anpassung bedeutet hierbei, dass in gegenüber der Dauer des Bremsvorgangs kurzen Zeitschritten eine geändertes Verhältnis aus der Verzögerung aufgrund des elektrisch-regenerativen Bremssystems und der elektromechanischen Reibbremse eingestellt wird. Hierdurch kann sehr zeitnah auf Änderungen des Bewegungs- und Bremszustandes sowie Pedalbedienungen des Bremspedals regiert werden und das Maß der Rekuperation durch Balancing zwischen der Wirkung des elektrisch-regenerativen Bremssystems und der elektromechanischen Reibbremse zeitnah nachgeführt und optimal eingestellt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil für die Rekuperation der abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges über das elektrisch-regenerative Bremssystem geleitet und die Restenergie durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird. In diesem Zustand wird der überwiegende Teil der beim Bremsen abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges rekuperiert und nur eventuell zusätzliche Bremswirkung von der elektromechanischen Reibbremse bereitgestellt.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist es denkbar, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der gemäß der Pedalstellung des Bremspedals mit einem vorgegebenen Bremsmoment gebremst werden soll, das geringer als der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil des elektrisch-regenerativen Bremssystem ist, das Bremsmoment vollständig von dem elektrisch-regenerativen Bremssystem aufgebracht wird. Dies erfolgt in vielen Betriebszuständen des Fahrzeugs, in denen nur relativ wenig und bei höheren Geschwindigkeiten gebremst werden muss. Hierdurch wird die dem Verschleiß unterliegende elektromechanische Reibbremse geschont.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der gemäß der Pedalstellung des Bremspedals mit einem vorgegebenen Bremsmoment gebremst werden soll, das größer als der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil des elektrisch-regenerativen Bremssystem ist, das maximal mögliche Bremsmoment des elektrisch-regenerativen Bremssystems ausgenutzt und die benötigte Restenergie durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird. Dies erfolgt in Betriebszuständen des Fahrzeugs, in denen mehr und bei niedrigeren Geschwindigkeiten gebremst werden muss, bei denen stärkere Verzögerungen gefordert werden als das elektrisch-regenerativen Bremssystem leisten kann.
  • In einer anderen Ausgestaltung ist es denkbar, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der das elektrisch-regenerative Bremssystem kein Bremsmoment bereitstellen kann, die abzubauende Bremsenergie vollständig durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird. Dies ist z. B. der Fall, wenn der Antriebsspeicher des Fahrzeug derart gefüllt ist, dass eine durch Rekuperation anfallende Energiemenge nicht mehr aufgenommen werden kann und daher auf die Rekuperation verzichtet werden muss.
  • Von besonderer Wichtigkeit ist es, dass ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Bremspedalstellung und der summarischen Verzögerung durch die Summe aus Bremswirkung der elektromechanischen Reibbremse und des elektrisch-regenerativen Bremssystems besteht, da hierdurch der Betriebszustand des Bremssystems aus elektrisch-regenerativem Bremssystem und elektromechanischer Reibbremse eindeutig definiert und für den Fahrer des Fahrzeugs wie bei einem herkömmlichen Bremssystem eines Fahrzeugs mit hydraulischem Bremssystem als Pedalrückwirkung fühlbar bleibt. Der Fahrer muss sich also nicht umgewöhnen und es treten keine irritierenden Stellbewegungen am Bremspedal des Bremssystems auf, die am Pedal für den Fahrer fühlbar würden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeugbremssystem aufweisend mindestens eine Reibbremse an zumindest einzelnen der Räder des Fahrzeugs sowie mindestens ein elektrisch-regeneratives Bremssystem, in dem mindestens eine elektrische Maschine unter Aufbringung eines elektrisch-regenerativen Bremsmoments zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie eingesetzt werden kann. Ein derartiges Fahrzeugbremssystem wird dadurch weiter entwickelt, dass ein Steuergerät des Fahrzeugbremssystems die als elektromechanische Reibbremse ausgebildete Reibbremse und das elektrisch-regenerative Bremssystem während eines Bremsvorgangs laufend derart ansteuert und deren jeweiligen Anteil an der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeuges so nachregelt, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges maximierbar ist.
  • Von Vorteil ist es hierbei, wenn je eine elektromechanische Reibbremse an einzelnen oder jedem der vier Räder des Fahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch kann radweise die Wirkung der elektromechanischen Reibbremse beeinflusst und dem jeweiligen Fahrzeugzustand entsprechend beeinflusst werden. Hierdurch sind auch herkömmliche ABS- und ESP-Funktionen mit der elektromechanischen Reibbremse erzielbar. Dies ist insbesondere auch mit einer Kombination der Wirkung der elektromechanischer Reibbremse und dem hoch dynamischen elektrisch-regenerativen Bremssystem erzielbar.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn je ein elektrisch-regeneratives Bremssystem an einzelnen oder jedem der vier Räder des Fahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch kann radweise die Wirkung des elektrisch-regenerativen Bremssystems beeinflusst und dem jeweiligen Fahrzeugzustand entsprechend beeinflusst und mit der Wirkung der elektromechanischen Reibbremse oder der an dem jeweiligen Rad angeordneten elektromechanischen Reibbremse ausbalanciert werden. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das elektrisch-regenerative Bremssystem an einzelnen oder jedem der vier Räder einen auch generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor aufweisen, der je nach Beschleunigungs- bzw. Verzögerungszustand des Rades als Motor oder als Generator zur Bildung eines elektrisch-regenerativen Bremssystems betrieben werden kann.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines Fahrzeugbremssystems nach Anspruch 13 in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.
  • Es zeigen:
  • 1 – eine schematische Darstellung der Aufteilung des Verzögerungsmoments eines erfindungsgemäßen Bremssystems abhängig von der Drehzahl,
  • 2 – eine schematische Darstellung der Aufteilung des Verzögerungsmoments über der Fahrgeschwindigkeit eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einer ersten Fahrsituation, bei der das vom Fahrer gewünschte Bremsmoment nur bei sehr hoher Fahrgeschwindigkeit eine Betätigung der elektromechanischen Reibungsbremse erfordert und ansonsten das elektrisch-regenerative Bremssystem ausreicht,
  • 3 – eine schematische Darstellung der Aufteilung des Verzögerungsmoments über der Fahrgeschwindigkeit eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einer zweiten Fahrsituation, bei der das vom Fahrer gewünschte Bremsmoment nur bei sehr niedriger Fahrgeschwindigkeit ausschließlich durch eine Betätigung des elektrisch-regenerativen Bremssystems erfolgt und ansonsten die elektromechanische Reibungsbremse mitwirkt,
  • 4 – eine schematische Darstellung der Aufteilung des Verzögerungsmoments über der Fahrgeschwindigkeit eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einer dritten Fahrsituation, bei der das vom Fahrer gewünschte hohe Bremsmoment nur durch eine zeitgleiche Betätigung der elektromechanischen Reibungsbremse und des elektrisch-regenerativen Bremssystems erzeugt werden kann,
  • 5 – einen Ablaufplan für die Entscheidung über die Durchführung eines Bremsvorgangs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • In der 1 ist in einer schematischen Darstellung die Aufteilung des Verzögerungsmoments Mv eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einen Anteil gemäß Linie 3 der elektromechanischen Reibungsbremse und in einen Anteil gemäß Linie 1 des elektrisch-regenerativen Bremssystems abhängig von der Drehzahl n dargestellt. Die Bremsung beginnt bei Markierung A, geht über B bis die Drehzahl kleiner C ist. Der Fahrer stellt einen konstanten Verzögerungswunsch gemäß der Linie 2 über das Bremspedal ein (Fahrerwunschmoment).
  • Bei der Drehzahl gemäß Drehzahl bei Linie C kann der Inverter des elektrisch-regenerativen Bremssystems ein ausreichendes Verzögerungsmoment Mv bereit stellen, um den Fahrerverzögerungswunsch zu erfüllen. Hier ist die elektromechanischen Reibungsbremse nicht gefordert, um zur Erhöhung des gesamten Verzögerungsmoments beizutragen.
  • Bei der Drehzahl gemäß Drehzahl bei Linie B kann der Inverter einen Teil der des gewünschten Verzögerungsmoments Mv bereit stellen, dieser ist jedoch nicht ausreichend. Die elektromechanische Reibungsbremse muss das restliche Verzögerungsmoment Mv bereit stellen, damit der Verzögerungswunsch des Fahrers erreicht wird. Der Anteil der elektromechanischen Reibungsbremse ergibt sich aus dem Schnittpunkt der Linie 3 bei der Drehzahl gemäß Linie B.
  • Bei der Drehzahl gemäß Drehzahl bei Linie A kann der Inverter bei dieser hohen Drehzahl (höher als aus eigener Kraft erreichbar) nicht rekuperieren. Dies ist ein Sonderfall, da er so in der Ebene nicht auftreten kann. Der gleiche Zustand wird jedoch erreicht, wenn die Batterie des Fahrzeugs voll geladen ist und rekuperierte Energie nicht mehr in die Batterie eingespeichert werden kann. Hier muss die elektromechanische Reibbremse gemäß Linie 3 das gesamte Verzögerungsmoment Mv bereit stellen.
  • In der 2 ist in einer schematischen Darstellung die Aufteilung des Verzögerungsmoments Mv über der Fahrgeschwindigkeit eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einer ersten Fahrsituation dargestellt, bei der das vom Fahrer gewünschte Bremsmoment nur bei sehr hoher Fahrgeschwindigkeit eine Betätigung der elektromechanischen Reibungsbremse erfordert und ansonsten das elektrisch-regenerative Bremssystem ausreicht. Das mögliche Rekuperationsvermögen gemäß Linie 1 steigt parabelmäßig mit fallender Fahrzeuggeschwindigkeit bis zu einem Höchstwert an und bleibt bei noch geringeren Geschwindigkeiten dann konstant. Wie man erkennen kann, reicht im Bereich der Geschwindigkeit bis ca. 220 km/h das Rekuperationsvermögen gemäß Linie 1 immer aus, um das Verzögerungsmoments Mv allein bereitzustellen. Erst bei Bremsvorgängen aus einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs von über 220 km/h muss die elektromechanische Reibbremse gemäß Linie 3 ein wenig unterstützend mit einbezogen werden.
  • In der 3 ist ebenfalls in schematischer Darstellung die Aufteilung des Verzögerungsmoments gemäß der 2, aber in einer zweiten Fahrsituation mit deutlich höherem Fahrerwunschmoment zu erkennen. Hierbei wird das vom Fahrer gewünschte Bremsmoment nur bei sehr niedriger Fahrgeschwindigkeit ausschließlich durch eine Betätigung des elektrisch-regenerativen Bremssystems erfolgen und ansonsten überwiegend von der Wirkung der elektromechanischen Reibungsbremse bestimmt.
  • In der 4 ist ebenfalls in schematischer Darstellung das Verzögerungsmoment gemäß der 2, aber in einer dritten Fahrsituation mit sehr hohem Fahrerwunschmoment dargestellt. Hier übersteigt das vom Fahrer gewünschte Bremsmoment die maximale Kapazität des elektrisch-regenerativen Bremssystems zu jedem Zeitpunkt, so dass die elektromechanische Reibungsbremse während aller Geschwindigkeiten mitarbeiten muss und erst bei Geschwindigkeiten unterhalb von 60 km/h die Wirkung des elektrisch-regenerativen Bremssystems die Wirkung der elektromechanischen Reibungsbremse übersteigt.
  • Die Aufteilung der Bremsleistung zwischen Rekuperation durch das elektrisch-regenerative Bremssystem und elektromechanischer Reibungsbremse EMB erfolgt nach der Ablauflogik gemäß 5.
  • Für den Fall, dass die Fahrerwunschbeschleunigung kleiner als die Istbeschleunigung des Fahrzeugs ist, wird eine Verzögerung des Fahrzeugs durch Überlagerung der Funktionen von elektromechanischer Reibungsbremse und elektrisch-regenerativem Bremssystems erzeugt. Hierbei ist entscheidend, ob das Soll-Verzögerungsmoment größer oder kleiner als das Rekuperationsvermögen ist, was vornehmlich von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, dem Aufbau und den Parametern des elektrisch-regenerativem Bremssystems und dem Ladezustand der Batterie des Fahrzeugs abhängt. Ist das Soll-Verzögerungsmoment kleiner als das Rekuperationsvermögen, so wird ausschließlich über Rekuperation und mit Hilfe des elektrisch-regenerativem Bremssystems gebremst. Ist das Soll-Verzögerungsmoment größer als das Rekuperationsvermögen, so wird mit einer Kombination der Wirkungen des elektrisch-regenerativem Bremssystems und der elektromechanischen Reibungsbremse gebremst und es werden beide Bauteile separat, aber aufeinander abgestimmt angesteuert.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrzeugbremssystems bei der Rekuperation, aufweisend mindestens eine Reibbremse an den Rädern des Fahrzeugs sowie mindestens ein elektrisch-regeneratives Bremssystem, in dem mindestens eine elektrische Maschine unter Aufbringung eines elektrisch-regenerativen Bremsmoments zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie eingesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die als elektromechanische Reibbremse ausgebildete Reibbremse und das elektrisch-regenerative Bremssystem während eines Bremsvorgangs laufend derart angesteuert und deren jeweiliger Anteil an der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeuges so nachgeregelt wird, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges maximiert wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges abhängig vom Ladezustand des Antriebs-Energiespeichers des Fahrzeugs bestimmt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Bremsverzögerung während des Bremsvorgangs kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich angepasst wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil für die Rekuperation der abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges über das elektrisch-regenerative Bremssystem geleitet und die Restenergie durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der gemäß der Pedalstellung des Bremspedals mit einem vorgegebenen Bremsmoment gebremst werden soll, das geringer als der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil des elektrisch-regenerativen Bremssystem ist, das Bremsmoment vollständig von dem elektrisch-regenerativen Bremssystem aufgebracht wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der gemäß der Pedalstellung des Bremspedals mit einem vorgegebenen Bremsmoment gebremst werden soll, das größer als der jeweils aktuell maximal mögliche Anteil des elektrisch-regenerativen Bremssystem ist, das maximal mögliche Bremsmoment des elektrisch-regenerativen Bremssystems ausgenutzt und die benötigte Restenergie durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsung des Fahrzeugs, bei der das elektrisch-regenerative Bremssystem kein Bremsmoment bereitstellen kann, die abzubauende Bremsenergie vollständig durch die elektromechanische Reibbremse abgebaut wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Bremspedalstellung und der summarischen Verzögerung durch die Summe aus Bremswirkung der elektromechanischen Reibbremse und des elektrisch-regenerativen Bremssystems besteht.
  9. Fahrzeugbremssystem aufweisend mindestens eine Reibbremse an zumindest einzelnen der Räder des Fahrzeugs sowie mindestens ein elektrisch-regeneratives Bremssystem, in dem mindestens eine elektrische Maschine unter Aufbringung eines elektrisch-regenerativen Bremsmoments zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie eingesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät des Fahrzeugbremssystems die als elektromechanische Reibbremse ausgebildete Reibbremse und das elektrisch-regenerative Bremssystem während eines Bremsvorgangs laufend derart ansteuert und deren jeweiligen Anteil an der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeuges so nachregelt, dass der jeweils zur Rekuperation nutzbare Anteil der über das elektrisch-regenerative Bremssystem abzubauenden kinetischen Energie des Fahrzeuges maximierbar ist.
  10. Fahrzeugbremssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass je eine elektromechanische Reibbremse an einzelnen oder jedem der vier Räder des Fahrzeugs angeordnet ist.
  11. Fahrzeugbremssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass je ein elektrisch-regeneratives Bremssystem an einzelnen oder jedem der vier Räder des Fahrzeugs angeordnet ist.
  12. Fahrzeugbremssystem gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch-regenerative Bremssystem an einzelnen oder jedem der vier Räder einen auch generatorisch betreibbaren elektrischen Antriebsmotor aufweist.
  13. Verwendung eines Fahrzeugbremssystems nach Anspruch 9 in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb.
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