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Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für ein Bremssystem mit mindestens einer elektrischen Bremse in einem elektrischen Antriebssystem und mit mindestens einer mechanischen Betriebsbremse, insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge oder für Hybridfahrzeuge. Die Erfindung betrifft weiter ein Bremssystem mit mindestens einer derartigen Regelungseinrichtung sowie ein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder Hybridfahrzeug mit mindestens einem derartigen Bremssystem.
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Eine solche Regelungseinrichtung in einem derartigen Bremssystem kommt in elektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz. Diese Fahrzeuge besitzen ein elektrisches Antriebssystem, welches in Kombination mit weiteren Antriebskomponenten, wie z.B. mit Verbrennungsmotoren, betrieben wird. Elektrische Antriebssysteme haben den Vorteil, dass ein elektrischer Motor als zentraler Bestandteil des Antriebssystems sowohl beschleunigen als auch bremsen kann. Beim generatorischen Bremsen wird die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann in Speichersystemen, meist Akkumulatoren, Kondensatoren oder Schwungradspeichern, eingespeist und nach Bedarf wieder dem elektrischen Antriebssystem zugeführt werden. Aus Sicherheitsgründen ist für den Bremsvorgang von elektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen neben der elektrischen Bremse des elektrischen Antriebssystems meist auch eine mechanische Bremse vorgesehen. Diese wird oft als mechanische Betriebsbremse bezeichnet, wobei sie aufgrund der verschiedenen Medien, die für die Kraftübertragung benutzt werden, auch Hydraulikbremse oder Druckluftbremse genannt wird. Für den Bremsvorgang der elektrisch betriebenen Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge ist es meist notwendig, beide Bremsarten zu kombinieren. Einerseits soll möglichst elektrisch gebremst werden, um soviel wie möglich kinetische Energie in elektrische Energie zu wandeln und den Verschleiß der mechanischen Betriebsbremse möglichst gering zu halten. Andererseits reicht das elektrische Bremsmoment in einigen Situationen, wie z.B. bei einer Gefahrenbremsung, oft nicht aus, elektrisch betriebene Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge sicher abzubremsen. Meist wird die mechanische Betriebsbremse ab einem während des Bremsvorgangs ermittelten oder fest vorgegebenen Eingriffspunktes der elektrischen Bremse zugeschaltet, wenn diese das maximale elektrische Bremsmoment erreicht hat. Zur Erhöhung des Fahrkomforts sowie aus sicherheitstechnischer Sicht ist vor Erreichen des maximalen elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse für die vom Fahrer gewählte Auslenkung des Bremspedals ein Übergangsbereich eingerichtet, bei dem neben der elektrischen Bremse des elektrischen Antriebssystems auch schon die mechanische Betriebsbremse aktiviert wird. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von der Fahrsituation noch rein elektrisch gebremst werden könnte, somit aber ein Teil der Bremsenergie in der mechanische Bremse verloren geht und diese gleichzeitig einem mechanischen Verschleiß unterliegt. Aus diesem Grund soll der Übergangsbereich möglichst klein gewählt werden und der Fahrer kann ihn meiden, wenn er in angemessener Form über den aktuellen Modus des Bremsvorganges informiert wird und entsprechend reagiert. In diesem Kontext sind allerdings visuelle oder akustische Hinweise nur bedingt hilfreich, da der Fahrer entweder zu stark vom Verkehr abgelenkt wird oder nicht rechtzeitig auf die Informationen reagieren kann. Ziel ist es, elektrisch betriebene Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge wirtschaftlich und Energieeffizient bezüglich des Bremsvorganges zu betreiben. Das erfordert die Unterstützung einer Fahrergonomie, die anspruchsvoller ist, als bei konventionellen Fahrzeugen mit ausschließlich mechanischem Bremssystem.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungseinrichtung der eingangs genannten Art bzw. ein Bremssystem mit einer derartigen Regelungseinrichtung anzugeben, die bzw. das es ermöglicht, elektrisch betriebene Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge hinsichtlich Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Fahrergonomie zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Regelungseinrichtung für ein Bremssystem mit mindestens einer elektrischen Bremse in einem elektrischen Antriebssystem und mit mindestens einer mechanischen Betriebsbremse, insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge oder für Hybridfahrzeuge, aufweisend eine Bremspedalstellkraft-Regelung zur Ermittlung eines Bremspedalstellkraft-Sollwertes für die Erzeugung einer Bremspedal-Rückstellkraft an einem Bremspedal mittels eines Bremspedalaktors in Abhängigkeit eines von einem Bremspedalsensor detektierten Bremspedal-Istwertes entsprechend einer Auslenkung des Bremspedals und/oder eines maximal verfügbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder eines aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder eines maximal rekuperierbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder eines Bremspedalstellkraft-Istwert des Bremspedalaktors und eine Bremssteuerung zur Erzeugung eines mechanischen Bremskraft-Sollwertes und eines elektrischen Bremskraft-Sollwertes in Abhängigkeit des vom Bremspedalsensor detektierten Bremspedal-Istwertes und/oder eines von der Bremspedalstellkraft-Regelung ermittelten Bremspedal-Eingriffspunktes der mechanischen Betriebsbremse und/oder eines elektrischen Bremskraft-Istwertes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem für einen Bremsvorgang mittels der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder mittels der mechanischen Betriebsbremse gelöst.
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Diese Aufgabe wird weiter durch ein Bremssystem mit mindestens einer Regelungseinrichtung nach Anspruch 8 und durch ein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder Hybridfahrzeug mit mindestens einem Bremssystem nach Anspruch 13 gelöst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich während des Bremsvorganges eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges oder Hybridfahrzeuges die Wirtschaftlichkeit und/oder Energieeffizient wesentlich erhöhen lässt, wenn der Fahrer bewusst, aktiv und mittels sehr guter Fahrergonomie die elektrische Energierückgewinnung beim Bremsen beeinflussen kann. Dazu wird dem Fahrer über seinen Fuß mittels einer am Bremspedal anliegenden Bremspedal-Rückstellkraft eine physische Rückmeldung gegeben, wenn er während des Bremsvorganges den Bereich der ausschließlich elektrischen Bremsung verlässt. Diese Bremspedal-Rückstellkraft wirkt entgegen der vom Fahrer ausgeübten Kraft auf das Bremspedal. Alternativ zum Bremspedal kann für die Anforderung der Bremskraft beim Bremsvorgang beispielsweise ein Handhebel zum Einsatz kommen. In diesem Fall wird die physische Rückmeldung an die Hand des Fahrers gegeben. Im Weiteren steht das Bremspedal generell auch als Synonym für davon abweichende bauliche Ausführungen, die ebenfalls zur Anforderung der Bremskraft beim Bremsvorgang von elektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen verwendet werden können. Begriffe, die sich in diesem Kontext auf das Bremspedal beziehen, sind mit Blick auf davon abweichende bauliche Ausführungen inhaltlich in gleichem Maße anwendbar. Der prinzipielle Vorteil der physischen Rückmeldung ist die Möglichkeit der Durchführung eines Bremsvorgangs, welcher dem Fahrer eine gezielte Beeinflussung des Bremssystems bezüglich einer effizienten und aus Sicht der Fahrergonomie optimal zu handhabenden Rückgewinnung von elektrischer Energie bietet. Ein weiterer Vorteil dieser physischen Rückmeldung am Bremspedal ist, dass der Fahrer die mechanische Betriebsbremse gezielt nur dann aktivieren muss, wenn das Bremsmoment der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem für einen sicheren Bremsvorgang nicht ausreicht. Damit kann der Verschleiß der mechanischen Betriebsbremse minimiert werden, was die Wirtschaftlichkeit des Bremssystems weiter erhöht. Ein weiterer Vorteil bietet sich dem Fahrer sowohl aus Sicht der Fahrergonomie als auch aus Sicht der Fahrsicherheit durch die physische Rückmeldung am Bremspedal, da er während des Bremsvorganges bezüglich wichtiger Sinnesorgane wie Augen oder Ohren nicht zusätzlich abgelenkt wird. Das Bremspedal dieses Bremssystems benötigt für die Aktivierung der Bremspedal-Rückstellkraft einen Bremspedalaktor. Der zum Ansteuern des Bremspedalaktors notwendige Bremspedalstellkraft-Sollwert wird mittels einer Bremspedalstellkraft-Regelung erzeugt, die Bestandteil der Regelungseinrichtung im Bremssystem ist. Zur Bildung des Bremspedalstellkraft-Sollwertes werden der Bremspedalstellkraft-Regelung Signale zugeführt. Dazu gehört der Bremspedal-Istwert. Er wird vom Bremspedalsensor des Bremspedals erzeugt und repräsentiert den Bremspedalwinkel und/oder den Bremspedalweg. Das Signal für den Bremspedalstellkraft-Istwert wird vom Bremspedalaktor erzeugt. Weitere Signale bildet die elektrische Antriebsregelung im elektrischen Antriebssystem mit dem maximal verfügbaren elektrischen Bremsmoment, dem aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmoment und dem maximal rekuperierbaren Bremsmoment. Das maximal verfügbare elektrische Bremsmoment ist durch die bauliche Auslegung des elektrischen Antriebssystems und damit der elektrischen Bremse gegeben. Beispiele für bauliche Auslegungen in diesem Zusammenhang sind definierte Temperaturabreglungen für den Betrieb der elektrische Komponenten, Drehzahlbegrenzungen des elektrischen Antriebs oder Beschränkungen für den spezifischen Einsatz der elektrischen Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. Der Wert des Signals für das maximal verfügbare elektrische Bremsmoment berücksichtigt sowohl die Bremsenergie, welche als elektrische Energie in verfügbare Speichersysteme eingespeist werden kann, wie auch die Bremsenergie, die in elektrische Verluste, in Wärmeverlusten von Bremswiderständen oder in einem Verbrennungsmotor umgesetzt wird. Das aktuell verfügbare elektrische Bremsmoment ist ebenfalls von einer Reihe von Aspekten abhängig. So zum Beispiel beeinflussen Ausfall und Alterungsprozesse der Komponenten des elektrischen Antriebssystems, Umgebungsbedingungen wie z.B. die Temperatur und weitere spontane Limitierungen den Wert dieses Signals. Das maximal rekuperierbare Bremsmoment zeigt, wie viel elektrische Energie aktuell in ein Speichersystem eingespeist werden kann, das heißt, welche elektrische Leistung das Speichersystem des elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder Hybridfahrzeugs aktuell aufnehmen kann. Mit der Bremssteuerung als Bestandteil der Regelungseinrichtung im Bremssystem werden der mechanische Bremskraft-Sollwert für die mechanische Betriebsbremse und der elektrische Bremskraft-Sollwert für die über die elektrische Antriebsregelung des elektrischen Antriebssystems geregelte elektrische Bremse gebildet. Die Aufteilung der beiden Bremskraft-Sollwerte erfolgt unter anderem in Abhängigkeit der Auslenkung des Bremspedals, welche der Bremspedalsensor als Signal in Form des Bremspedal-Istwertes erzeugt. Die Bildung der beiden Bremskraft-Sollwerte ist weiterhin auch abhängig von dem in der Bremspedalstellkraft-Regelung ermittelten Bremspedal-Eingriffspunkt des Bremsmomentes der mechanischen Bremse, dem Bremskraft-Istwert der elektrischen Bremse und dem Bremskraft-Istwert der mechanischen Bremse.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung ist die Bremspedalstellkraft-Regelung weiterhin dazu vorgesehen, die Geschwindigkeit der Änderung des Bremspedalstellkraft-Sollwertes für die Bremspedal-Rückstellkraft, insbesondere zur Vermeidung einer überraschend und/oder zu stark einsetzenden Rückstell-Reaktion des Bremspedals, zu beschränken. Sowohl aus Sicht der Fahrergonomie wie auch aus sicherheitstechnischer Sicht kann davon ausgegangen werden, dass eine überraschend und vor allem stark einsetzende Bremspedal-Rückstellkraft am Bremspedal den Fahrer irritiert und gegebenenfalls zeitweise vom Verkehrsgeschehen ablenkt. Mittels der funktionalen Erweiterung der Bremspedalstellkraft-Regelung wird die Begrenzung der Geschwindigkeit der Änderung des Bremspedalstellkraft-Sollwertes in Kombination mit dessen Maximum für die Erzeugung der Bremspedal-Rückstellkraft durch den Bremspedalaktors am Bremspedal erreicht. Der Vorteil ist, dass sowohl bezüglich der Fahrergonomie wie auch sicherheitstechnisch keine Beeinträchtigungen des Fahrers zu erwarten sind, wenn die Bremspedal-Rückstellkraft am Bremspedal wirksam wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung ist eine Stellkraftbegrenzungs-Regelung in Kombination mit der Bremspedalstellkraft-Regelung dazu vorgesehen, den Bremspedalstellkraft-Sollwert für die Bremspedal-Rückstellkraft bei schnell durchgedrücktem Bremspedal, insbesondere während einer Gefahrenbremsung, zu beschränken und/ oder zu verringern. In spezifischen Verkehrssituationen kann es für den Fahrer notwendig werden, eine Gefahrenbremsung einzuleiten. In diesem Fall wird das Bremspedal gegebenenfalls sehr schnell mit maximal möglicher Kraft und Auslenkung betätigt, wobei das Wirken der Bremspedal-Rückstellkraft in diesem Fall nicht oder nur in geringem Maße erwünscht ist. Mittels der Stellkraftbegrenzungs-Regelung in Kombination mit der Bremspedalstellkraft-Regelung wird der Bremspedalstellkraft-Sollwert für die Bremspedal-Rückstellkraft des Bremspedalaktors bei kraftvoll und/oder schnell durchgedrücktem Bremspedal beschränkt oder verringert. Der Vorteil ist, dass der Fahrer, insbesondere bei Gefahrenbremsungen, über das Bremspedal ohne zusätzliche Kraftanstrengungen das benötigte Bremsmoment der elektrischen Bremse und der mechanischen Betriebsbremse anfordern kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung ist eine Stellkraftverfügbarkeits-Regelung in Kombination mit der Bremspedalstellkraft-Regelung dazu vorgesehen, den Bremspedalstellkraft-Sollwert für die Bremspedal-Rückstellkraft, insbesondere bei einer aktuell nicht verfügbaren Speicherkapazität des Energiespeichers und/oder bei einer kleinen Auslenkung des Bremspedals, zu beschränken und/oder zu verringern. Aufgrund von verschiedenen Betriebszuständen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges oder Hybridfahrzeuges, von diversen Umwelteinflüssen wie zum Beispiel Hitze oder Kälte, von mechanischem beziehungsweise elektrischem Verschleiß sowie von entsprechenden Beschädigungen kann es vorkommen, dass ein Energiespeicher in derartigen Fahrzeugen während des Betriebs seine Kapazitätsgrenze erreicht. Er kann somit die vom elektrischen Antriebssystem erzeugte Energie nicht mehr speichern. In diesem Fall soll dem Fahrer mittels einer anstehenden Bremspedal-Rückstellkraft keine Fehlinformation darüber gegeben werden, dass er in einem Bereich bremst, bei der eine Energiegewinnung aus dem Bremsvorgang vermeintlich zur Speicherung der Energie führt und damit für die spätere Nutzung wieder bereitsteht. Weiterhin würde die Bremspedal-Rückstellkraft schon bei geringer Auslenkung am Bremspedal anstehen und so, ohne das der Fahrer eine positive Wirkung auf das Bremsverhalten im Sinne von Energieeffizienz und Fahrergonomie erzielen kann, von Beginn der Bedienung des Bremspedals an eine erhöhte Gegenkraft entgegenstellen. Der Vorteil der Stellkraftverfügbarkeits-Regelung zeigt sich in der Verhinderung dieser Effekte mit dem Ziel, den Fahrer nicht durch Fehlinformationen zu verwirren beziehungsweise seine Bedienung des Bremspedals und somit den Bremsvorgang nicht unerwartet zu erschweren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung werden die Funktionalitäten der Regelungseinrichtung in die Bremssteuerung integriert. Diese Zusammenführung ermöglicht eine integrierte, gegebenenfalls weniger komplexe Softwarearchitektur, eine Begrenzung von zusätzlichen Hardwarekomponenten bei gleichzeitiger Nutzung der vorhandenen Hardwarearchitektur und einen vereinfachten Datenaustausch. Der Vorteil der Integration ergibt sich durch eine Kostenersparnis während des Engineering der Hardware und Software im Entwicklungsprozess ebenso wie bei der Herstellung der benötigten Bauteile der Regelungseinrichtung des Bremssystems. Bestehende Bremssysteme können gegebenenfalls mit geringem Aufwand modifiziert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung ist die Regelungseinrichtung in eine elektrische Antriebsregelung des elektrischen Antriebssystems integriert. Teilweise wird die elektrische Antriebsregelung des elektrischen Antriebssystems auch als Fahrzeugsteuerung für elektrisch betriebene Fahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bezeichnet. Die Zusammenführung ermöglicht eine integrierte, gegebenenfalls weniger komplexe Softwarearchitektur, eine Begrenzung von zusätzlichen Hardwarekomponenten bei gleichzeitiger Nutzung der vorhandenen Hardwarearchitektur und einen vereinfachten Datenaustausch. Der Vorteil der Integration wird ebenfalls in einer Kostenersparnis während des Engineering der Hardware und Software im Entwicklungsprozess ebenso wie bei der Herstellung der benötigten Bauteile der Regelungseinrichtung des Bremssystems gesehen. Bestehende Antriebssysteme können gegebenenfalls mit geringem Aufwand modifiziert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Regelungseinrichtung ist die elektrische Antriebsregelung des elektrischen Antriebssystems unter anderem zur Erzeugung der Signale des maximal verfügbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/ oder des aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder des maximal rekuperierbaren elektrischen Bremsmomentes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und/oder des elektrischen Bremskraft-Istwertes der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem vorgesehen. Diese Signale werden unter anderem für die Bremspedalstellkraft-Regelung und/ oder für die Stellkraftbegrenzungs-Regelung und/oder für die Geschwindigkeitsbegrenzungs-Regelung und/oder für die Bremssteuerung erzeugt. Die Bildung dieser Signale in der elektrischen Antriebsregelung hat den Vorteil, dass viele der Einflussfaktoren, welche auf die Signale des maximal verfügbaren elektrischen Bremsmomentes, des aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes und des maximal rekuperierbaren elektrischen Bremsmomentes wirken, zentral gewonnen und verarbeitet werden können. Damit müssen diese Signale nicht aufwändig an verschiedenen Stellen des elektrischen Antriebssystems aufgenommen und getrennt bezüglich deren Nutzung weitergeleitet werden. Der elektrische Bremskraft-Istwert der elektrischen Bremse lässt sich ebenfalls mit geringem Aufwand in der elektrischen Antriebsregelung ableiten und zur Regeleinrichtung und/oder Bremssteuerung übertragen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Bremssystems weist das Bremssystem mindestens ein Bremspedal mit jeweils mindestens einem Bremspedalsensor und mit jeweils mindestens einem mittels des Bremspedalstellkraft-Sollwerts der Bremspedalstellkraft-Regelung angesteuerten Bremspedalaktor für die Erzeugung der Bremspedal-Rückstellkraft auf. Die Bremsanforderung beim Bremsvorgang und die Rückmeldung für eine energieeffiziente und wirtschaftliche Bremsung erfolgt mit mindestens einem Bremspedal. Dieses wird gewöhnlich mit dem Fahrerfuß betätigt. Vorteilhaft ist, dass das auch in konventionellen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, verwendete Bremspedal, als kompakte Bauform mit relativ geringem Aufwand für den Einsatz in elektrisch betriebenen Fahrzeuge und Hybridfahrzeugen bezüglich der Anforderungen der Bremspedal-Rückstellkraft modifiziert werden kann. Andere Bauformen, welche zum Beispiel eine Betätigung mit der Hand erfordern, sind ebenfalls möglich. In diesem Kontext könnte beispielsweise ein Retarder-Handhebel eingesetzt werden. Die Bremspedal-Rückstellkraft wirkt meist zusätzlich mit einer permanent anstehenden Bremspedal-Gegenkraft, welche in jedem Fall die Zurückstellung des Bremspedals sicherstellt. Die permanente anstehende Bremspedal-Gegenkraft kann ohne jegliche Ansteuerung oder Regelung mit rein mechanischen Mitteln, zum Beispiel durch Federsysteme, erzeugt werden und ist unabhängig von der Regeleinrichtung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des Bremssystems besteht der vom Bremspedalsensor detektierte Bremspedal-Istwert aus einem Bremspedalwinkel und/oder einem Bremspedalweg. Damit kann bezüglich der weiteren Signalverarbeitung des Bremspedal-Istwertes die aktuellen Position des Bremspedalweges und/ oder die Position des aktuellen Bremspedalwinkels ermittelt und übertragen werden. Der Vorteil ist, dass auf Basis der Weg- und/oder Winkelmessung verschiedene bauliche Varianten realisiert werden können, was eine optimale Kombination in Bezug auf die Bauteilkosten, die Genauigkeit der Messung und die Art der Auswertung der Messung möglich macht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des Bremssystems weist das Bremssystem ein Mittel zur Signalwandlung mit einer darin enthaltenen Bremspedalstellkraft-Sollwertkennlinie auf, welches den Bremspedalstellkraft-Sollwert, als Ausgangssignal der Bremspedalstellkraft-Regelung, im Falle von nichtlinearem Signalverhalten für den Signaleingang des Bremspedalaktors wandelt. Für einen Signalaustausch müssen Eingänge und Ausgänge der miteinander zu koppelnden Baugruppen physikalisch an einander angepasst sein. Zur Übertragung und Verarbeitung dieser Signale werden in den Baugruppen aber oft verschiedene physikalische Signalträger und/oder Wertebereiche angewendet, die zwischen den Signalausgängen und Signaleingängen der Baugruppen einer Signalstrecke nicht kompatibel sind. So ist im Falle von nichtlinearem Signalverhalten des Signalausgangs der einen Baugruppe mit dem Signaleingang der anderen Baugruppe keine, eine gestörte oder eine inhaltlich falsche Kommunikation möglich. Mit dem Mittel zur Signalwandlung und der darin enthaltenen Bremspedalstellkraft-Sollwertkennlinie wird das Signal des Bremspedalstellkraft-Sollwertes, welches in der Bremspedalstellkraft-Regelung als Ausgang gebildet wird, für den Eingang des Bremspedalaktors angepasst. Der Vorteil ist, dass die Baugruppen der Regelungseinrichtung und der Bremspedalaktor trotz des unterschiedlichen Signallevels flexibel kombinierbar sind und damit auch von verschiedenen Herstellern einsetzt werden können. Dieses Mittel zur Signalwandlung kann von seiner prinzipiellen Funktionsweise für den Datenaustausch aller benötigten Signale der Regelungseinrichtung und/ oder des Bremssystems vorgesehen sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den FIGen näher erläutert werden. Es zeigt:
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1 ein erstes Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung in einem Bremssystem für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge,
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2 ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung in einem Bremssystem entsprechend 1, erweitert um eine Stellkraftbegrenzungs-Regelung, um eine Geschwindigkeitsbegrenzungs-Regelung und um ein Mittel zur Signalwandlung,
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3 ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung in einem Bremssystem entsprechend 2, wobei die Regelungseinrichtung in eine Bremssteuerung integriert ist,
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4 ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung in einem Bremssystem, wobei die Regelungseinrichtung in eine elektrische Antriebsregelung eines elektrischen Antriebssystems integriert ist,
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5 ein erstes Diagrammbild bestehend aus zwei Teildiagrammen, welche die prinzipiellen Abhängigkeiten eines Bremsmomentes einer elektrischen Bremse und einer mechanischen Bremse sowie einer Bremspedal-Rückstellkraft bezogen auf eine Bremspedalauslenkung eines Bremspedals darstellen und
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6 ein weiteres Diagrammbild bestehend aus zwei Teildiagrammen entsprechend 5, wobei zusätzlich die Einflüsse von Änderungen der Verfügbarkeit des elektrischen Bremsmomentes dargestellt werden.
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1 zeigt ein erstes Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung 13 in einem Bremssystem 1 für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, hauptsächlich bestehend aus einer Bremspedalstellkraft-Regelung 25 zur Regelung einer Bremspedal-Rückstellkraft 8 eines Bremspedalaktors 7 an einem Bremspedal 4 und einer Bremssteuerung 19 zur Ansteuerung einer elektrische Bremse 2 in einem elektrischen Antriebssystem 12 und/oder einer mechanischen Betriebsbremse 3. Weitere wesentliche Bestandteile des Bremssystems 1 in 1 sind ein Bremspedalsensor 9 am Bremspedal 4 zur Ermittlung eines Bremspedal-Istwertes 22, und eine unter anderem für den elektrischen Bremsvorgang eines elektrischen Antriebssystems 12 vorgesehene elektrische Antriebsregelung 6. Mit Betätigung des Bremspedals 4 wird vom Bremspedalsensor 9 der Bremspedal-Istwertes 22 erzeugt, welcher als Eingangssignal für die Bremspedalstellkraft-Regelung 25 und eine Bremssteuerung 19 vorgesehen ist. Der Bremspedal-Istwertes 22 kann je nach Anforderung der weiteren Signalverarbeitung als ein Bremspedalwinkel 10 und/oder ein Bremspedalweg 11 ausgelegt werden. Vom Bremspedalaktor 7 des Bremspedals 4 wird gleichzeitig ein aktueller Bremspedalstellkraft-Istwert 18 ermittelt und ebenfalls als Eingangssignal an die Bremspedalstellkraft-Regelung 25 gegeben. Weitere Eingangssignale für die Bremspedalstellkraft-Regelung 25 werden von der elektrischen Antriebsregelung 6 des elektrischen Antriebssystems 12 gebildet. Das sind im Einzelnen ein maximal verfügbares elektrisches Bremsmoment 14 der elektrischen Bremse 2 im elektrischen Antriebssystem 12, ein aktuell verfügbares elektrisches Bremsmoment 15 der elektrischen Bremse 2 im elektrischen Antriebssystem 12 und ein maximal rekuperierbares elektrisches Bremsmoment 16 der elektrischen Bremse 2 im elektrischen Antriebssystem 12. Die Bremspedalstellkraft-Regelung 25 ermittelt in Abhängigkeit der beschriebenen Eingangssignale einen Bremspedalstellkraft-Sollwert 17 zur Ansteuerung des Bremspedalaktors 7, welcher die Bremspedal-Rückstellkraft 8 am Bremspedal 4 erzeugt. Für die Ermittlung eines mechanischen Bremskraft-Sollwertes 20 zur Ansteuerung einer mechanischen Betriebsbremse 3 und für die Ermittelung eines elektrischen Bremskraft-Sollwertes 21 zur Ansteuerung der elektrischen Bremse 2 im elektrischen Antriebssystem 12 benötigt die Bremssteuerung 19 neben dem beschriebenen Bremspedal-Istwert 22 weitere Eingangssignale. Dafür wird ein Bremspedal-Eingriffspunkt 23 der mechanischen Betriebsbremse 3 in der Bremspedalstellkraft-Regelung 25 ermittelt, während ein elektrischer Bremskraft-Istwert 5 der elektrischen Bremse 2 in der elektrischen Antriebsregelung 6 des elektrischen Antriebssystems 12 evaluiert wird. Für zusätzliche Signale, die zur Kommunikation zwischen Bremspedalstellkraft-Regelung 25 und Bremssteuerung 19 benötigt werden, ist ein Datenaustausch 29 innerhalb der Regelungseinrichtung 13 vorgesehen. Ein weiterer Datenaustausch 30 ist für die Kommunikation zwischen der elektrischen Antriebsregelung und den für den Bremsvorgang mit der elektrischen Bremse 2 relevanten Antriebskomponenten innerhalb des elektrischen Antriebssystems 12 vorgesehen. Wird es darüber hinaus notwendig, weitere Signale zwischen der Regelungseinrichtung 13 und der elektrischen Antriebsregelung 6 im elektrischen Antriebssystem 12 zu erzeugen, ist ein regelungsübergreifender Datenaustausch 31 vorgesehen. Bei der in 1 gezeigten KonFIGation des Bremssystems 1 ist die Bremspedalstellkraft-Regelung 25 und die Bremssteuerung 19 integraler Bestandteil der Regelungseinrichtung 13.
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2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung 13 in einem Bremssystem 1 für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge entsprechend 1 und deren Beschreibung, erweitert um eine Stellkraftbegrenzungs-Regelung 26, um eine Geschwindigkeitsbegrenzungs-Regelung 27 und um ein Mittel zur Signalwandlung 24. Die Stellkraftbegrenzungs-Regelung 26 ist eine Funktionserweiterung einer Bremspedalstellkraft-Regelung 25 und Bestandteil der Regelungseinrichtung 13. Mittels der Stellkraftbegrenzungs-Regelung 26 in Kombination mit der Bremspedalstellkraft-Regelung 25 wird ein Bremspedalstellkraft-Sollwert 17 für eine Bremspedal-Rückstellkraft 8 eines Bremspedalaktors 7 bei einem kraftvoll und/oder schnell durchgedrücktem Bremspedal 4 beschränkt oder verringert. Auch die Stellkraftverfügbarkeits-Regelung 27 ist eine Funktionserweiterung der Bremspedalstellkraft-Regelung 25 und ebenfalls Bestandteil der Regelungseinrichtung 13. In Kombination mit der Bremspedalstellkraft-Regelung 25 begrenzt bzw. verringert die Stellkraftverfügbarkeits-Regelung 27 die am Bremspedal 4 wirkende Bremspedal-Rückstellkraft 8, falls der Energiespeicher zeitweise oder dauerhaft nicht in der Lage ist, die während des Bremsvorgangs erzeugbare elektrische Energie aufzunehmen. Insbesondere bei einer kleinen Auslenkung des Bremspedals 4 soll in diesem Zusammenhang verhindert werden, dass dem Fahrer eine zu große Bremspedal-Rückstellkraft 8 entgegenwirkt, obwohl aktuell keine Möglichkeit der Einspeisung von elektrischer Energie in den Energiespeicher gegeben ist. 2 zeigt in dem Blockschaltbild weiterhin das Mittel zur Signalwandlung 24, welches bei nichtlinearem Signalverhalten zwischen dem Signalausgang der Bremspedalstellkraft-Regelung 25 der Regelungseinrichtung 13 und dem Signaleingang des Bremspedalaktors 7 am Bremspedal 4 vorgesehen ist. Zur Wandlung des Signals in Abhängigkeit vom Wertebereich und/oder von dessen physikalischen Basis ist die Verwendung einer Bremspedalstellkraft-Sollwertkennlinie 28 als Bestandteil des Mittels zur Signalwandlung 24 möglich.
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3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung 13 in einem Bremssystem 1 für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge entsprechend 2, wobei die Regelungseinrichtung 13 mit ihren Funktionen in eine Bremssteuerung 19 integriert ist. Regelungseinrichtung 13 und Bremssteuerung 19 haben als eine regelungstechnische Einheit einen gemeinsamen Funktionsumfang.
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4 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Regelungseinrichtung 13 in einem Bremssystem 1 für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, wobei die Regelungseinrichtung 13 mit ihren Funktionen in eine elektrische Antriebsregelung 6 eines elektrischen Antriebssystems 12 integriert ist. In dieser Ausführungsform haben Regelungseinrichtung 13 und elektrische Antriebsregelung 6 als eine regelungstechnische Einheit einen gemeinsamen Funktionsumfang. Eine Bremssteuerung 19 ist Bestandteil des Bremssystems 1 aber sie ist in dieser Ausführungsform nicht in die Regelungseinrichtung 13 integriert. Die funktionalen Zusammenhänge der einzelnen Komponenten und Signale der Regelungseinrichtung 13 und/oder des Bremssystems 1 sind mit 1 und 2 beschrieben.
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5 zeigt ein erstes Diagrammbild, bestehend aus einem Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A und einem Teildiagramm der Bremspedalrückstellkraft-Kennlinien B. Im Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A werden eine elektrische Bremsmoment-Kennlinie 103 der elektrischen Bremse im elektrischen Antriebssystem und eine mechanische Bremsmoment-Kennlinie 102 dargestellt. Die Bezugsachsen sind mit einem Bremsmoment 100 und einer Bremspedalauslenkung 101 gekennzeichnet. In 5 wird für die weitere Beschreibung des Diagrambildes ein Bremspedalwinkel 9 als ein möglicher Wert für die Bremspedalauslenkung 101 herangezogen. Ein Bremspedalwinkel Alpha 2 106 zeigt das Einsetzen einer mechanischen Bremsmoment-Kennlinie 102 kurz vor Erreichen eines maximal verfügbaren elektrischen Bremsmomentes 14 einer elektrischen Bremsmoment-Kennlinie 103 bei einem Bremspedalwinkel Alpha 1 105. Zwischen dem Bremspedalwinkel Alpha 2 106 und dem Bremspedalwinkel Alpha 1 105 gibt es einen Bereich, in dem beide Bremsen aktiv sind, obwohl die elektrische Bremse die Grenze des maximal verfügbaren elektrischen Bremsmomentes 14 noch nicht erreicht hat. Wird in diesem Bereich gebremst, kann ein Teil der Bremsenergie nicht in speicherbare elektrische Energie umgesetzt werden und geht im Wesentlichen in der verlustbehafteten mechanischen Betriebsbremse verloren. Um den Fahrer eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges oder Hybridfahrzeuges zu signalisieren, diesen Bremsbereich zu meiden, wird die Bremspedal-Rückstellkraft am Bremspedal wirksam. Im Teildiagramm der Bremspedalrückstellkraft-Kennlinien B wird dargestellt, wie eine Bremspedal-Rückstellkraft 8 am Bremspedal in Abhängigkeit des Bremspedalwinkels 9 und des in Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A am Bremspedalwinkel Alpha 2 106 einsetzenden mechanischen Bremsmomentes der mechanischen Bremsmoment-Kennlinie 102 aktiviert wird. Die Bremspedal-Rückstellkraft 8 des Bremspedalaktors am Bremspedal wird demnach mit Erreichen des Bremspedalwinkels Alpha 2 106 zusätzlich zu einer permanent anstehenden Bremspedal-Gegenkraft 108 wirksam und steigt bis zum Bremspedalwinkel Alpha 1 105 auf eine maximale Bremspedal-Rückstellkraft 107 an. Der Vorteil für den Fahrer liegt also darin, dass er für den zu meidenden Bereich am Bremspedal eine Rückmeldung erhält, die ihm signalisiert, dass er unökonomisch im Sinne der Wirtschaftlichkeit und der Energieeffizienz bremst.
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6 zeigt ein weiteres Diagrammbild, welches, wie auch in 5 dargestellt, ebenfalls aus einem Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A und einem Teildiagramm der Bremspedalrückstellkraft-Kennlinien B besteht. Die in 5 dargestellten und beschriebenen Kennlinien, werden um den Einfluss von Änderungen der Verfügbarkeit eines Bremsmomentes 100 der elektrischen Bremse ergänzt und erweitert. Im Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A wird eine Bremsmoment-Kennlinie für das maximal verfügbare elektrische Bremsmoment 109 von einem maximal verfügbaren elektrischen Bremsmoment 14 auf ein aktuell verfügbares elektrisches Bremsmoment 15 reduziert. Damit ergibt sich eine Bremsmoment-Kennlinie für das aktuell verfügbare elektrische Bremsmoment 110. Aufgrund des nun mit einem Bremspedalwinkel Alpha 3 115 eher erreichten Maximums des aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes 15, muss das Bremsmoment 100 der mechanischen Betriebsbremse mit einer mechanischen Bremsmoment-Kennlinie 102 ebenfalls früher einsetzen. Ein Bremspedalwinkel Alpha 4 116 kennzeichnet diesen Bremspedal-Eingriffspunkt der mechanischen Bremse. Es ist damit sichergestellt, dass es einen Bereich kurz vor Erreichen des Maximums des aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes 15 gibt, in dem die elektrische Bremse und die mechanische Betriebsbremse aktiv sind. Da dieser Bereich, wie schon für 5 beschrieben, beim Bremsvorgang mit dem Bremspedal vermieden werden soll, zeigt das Teildiagramm der Bremspedalrückstellkraft-Kennlinien B, dass die Wirksamkeit einer Bremspedal-Rückstellkraft 8 bis zum Erreichen ihres Maximums nun ebenfalls früher einsetzt. Zusätzlich zu einer permanent anstehenden Bremspedal-Gegenkraft 108 wird jetzt die Bremspedal-Rückstellkraft 8 des Bremspedalaktors mit dem Bremspedalwinkel Alpha 4 116 aktiviert, also mit Beginn des Bremspedal-Eingriffspunktes der mechanischen Bremsmoment-Kennlinie 102 aus dem Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A. Die Bremsmoment-Rückstellkraft 8 erreicht dann ihr Maximum bei einem Bremspedalwinkel Alpha 3 115, also mit dem Maximum des aktuell verfügbaren elektrischen Bremsmomentes 15. Den beschriebenen Verlauf zeigt eine Bremspedalrückstellkraft-Kennlinie für das aktuell verfügbare elektrische Bremsmoment 113. Das Teildiagramm der Bremsmoment-Kennlinien A zeigt anhand einer Bremsmoment-Kennlinie für das maximal rekuperierbare elektrische Bremsmoment 111 eine weitere Einschränkung des elektrischen Bremsmomentes, welche aber keinen Einfluss mehr auf den Bremspedal-Eingriffspunkt der mechanischen Bremse hat. Somit erfolgt keine weitere Verschiebung der mechanische Bremsmoment-Kennlinie 102 in Richtung des Nullpunktes des Bremspedalwinkels 9. Kann die elektrische Energie, die beim elektrischen Bremsen entsteht, aufgrund von eventuellen Kapazitätsproblemen der Speicherungskomponenten nicht mehr aufgenommen werden, reduziert sich das für die Ermittlung der Bremspedal-Rückstellkraft notwendige Bremsmoment 100 der elektrischen Bremse auf das jeweils maximal rekuperierbare elektrische Bremsmoment 16. Die so entstandene Bremsmoment-Kennlinie für das maximal rekuperierbare elektrische Bremsmoment 111 erreicht ihr Maximum bei einem Bremspedalwinkel Alpha 5 117. Die Auswirkungen auf die Bremspedal-Rückstellkraft 8 werden im Teildiagramm der Bremspedalrückstellkraft-Kennlinien B am Verlauf einer Bremspedalrückstellkraft-Kennlinie für ein maximal rekuperierbares elektrisches Bremsmoment 114 sichtbar. Zusätzlich zur permanent anstehenden Bremspedal-Gegenkraft 108 setzt die Bremspedal-Rückstellkraft 8 des Bremspedalaktors jetzt mit Erreichen des Bremspedalwinkels Alpha 5 117 ein und findet ihr Maximum beim Bremspedalwinkel Alpha 4 116.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu Verlassen.
