DE102012223866A1

DE102012223866A1 - Einrichtung zum Vermeiden des Rollens für ein ein elektrisches Antriebssystem umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche

Info

Publication number: DE102012223866A1
Application number: DE201210223866
Authority: DE
Inventors: Frank Scheibe; Stefan Wahl; Stefano Quaglia; Gerd Krämer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe für ein ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche. Erfindungsgemäß wird mittels der elektrischen Antriebsmaschine eine Haltefunktion umgesetzt, damit das Fahrzeug entgegen der eingelegten Fahrstufe nicht rollt. Hierzu wird ein Regler als Teil eines Regelkreises vorgesehen, der zur Regelung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine auf null beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe dient. Statt der Regelung einer Drehzahl der elektrischen Maschine ist es möglich, eine für die Drehzahl charakteristische Größe sinnentsprechend zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe für ein Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche, welches ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine umfasst.
Im Sinne der Anmeldung umfasst der Begriff „Kraftfahrzeug mit elektrischem Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine” sowohl ein über eine externe elektrische Energieversorgung ladbares Elektrofahrzeug mit optionalem verbrennungsmotorischen Range-Extender als auch ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Antriebsmaschine. Bei einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Antriebssystem kann die elektrische Antriebsmaschine ein mechanisches Drehmoment in den Antriebsstrang einprägen.
Bei Kraftfahrzeugen muss beim Anhalten des Kraftfahrzeugs auf einer geneigten Fläche die Betriebsbremse je nach Neigung betätigt werden, damit das Fahrzeug nicht rollt, beispielsweise damit das Fahrzeug beim Anhalten bergauf nicht zurückrollt.
Bei einem aktuellen Konzept für Elektrofahrzeuge wird eine stark ausgeprägte Schubverzögerung bei Loslassen des Fahrpedals bis zum Fahrzeugstillstand vorgesehen, wobei ein entsprechend hohes Rekuperationsmoment der elektrischen Antriebsmaschine eingestellt wird, so dass der Fahrer durch Betätigen des Fahrpedals sowohl beschleunigen als auch bei Loslassen des Fahrpedals eine gewünschte Verzögerung vorgeben kann. Dies führt zu einem sogenannten „One-Pedal-Feeling”, d. h. dem Gefühl, das Fahrzeug nur mit dem Fahrpedal steuern zu können. Durch dieses „One-Pedal-Feeling” reduziert sich die Benutzung des Bremspedals erheblich. Bei diesem Konzept weist das Elektrofahrzeug im Unterschied zu typischen Automatikfahrzeugen auch kein Kriechen (Creep) auf, d. h. das Kraftfahrzeug bewegt sich auf einer ebener Fläche ohne Neigung bei einer der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zugeordneten eingelegten Fahrstufe (typischerweise als D-Fahrstufe bezeichnet; D – Drive) nicht in Vorwärtsrichtung; entsprechendes gilt für die Rückwärtsrichtung. Das Kriechen eines Kraftfahrzeugs ist mit dem „One-Pedal-Feeling” schlecht zu vereinbaren, da dies beispielsweise die häufige Betätigung des Bremspedals erfordert, um das Kriechen des Fahrzeugs zu unterbinden.
Bei einem derartigen Elektrofahrzeug mit „One-Pedal-Feeling” verzögert das Fahrzeug merklich bei Loslassendes Fahrpedals und hält auf einer nicht geneigten Fläche ohne Betätigung des Bremspedals an. Beim Anhalten in der D-Fahrstufe (D – Drive; Vorwärtsrichtung) auf einer Fläche mit positiver Steigung verzögert das Fahrzeug bei Loslassen des Fahrpedals bis in den Stillstand und rollt dann in Abhängigkeit des Grads der positiven Steigung zurück. Umgekehrt verzögert in der R-Fahrstufe (R – Reverse; Rückwärtsrichtung) beim Anhalten auf einer Fläche mit negativer Steigung bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs bis in den Stillstand und rollt dann in Abhängigkeit des Grads der negativen Steigung in Vorwärtsrichtung. Zum Vermeiden des Rollens muss der Fahrer das Bremspedal betätigen, wodurch das „One-Pedal-Feeling” geschmälert wird.
Der beschriebene Nachteil, dass der Fahrer bei Anhalten auf einer geneigten Fläche das Bremspedals betätigen muss, um ein Rollen zu unterbinden, ist ein generelles Problem von Kraftfahrzeugen; bei Elektrofahrzeugen mit „One-Pedal-Feeling” ist eine Lösung besonders wünschenswert, da beim „One-Pedal-Feeling” ja gerade auf eine Betätigung des Bremspedals in vielen Fällen verzichtet wird. Bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe ist dieses Problem etwas anders gelagert, da aufgrund eines über den Drehmomentwandler erzeugten und in Richtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Kriechmoments das Bremspedal auch zum Halten in der Ebene betätigt werden muss.
Für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsystem sind Einrichtungen zum Halten des Fahrzeugs an einer Steigung bekannt, wobei eine feste Winkelposition des Rotors der elektrischen Maschine über einen Regler zur Regelung der Winkelposition gehalten wird und so das Fahrzeug an der Steigung gehalten wird. Dies ist beispielsweise in der Druckschrift EP 0 921 028 A2 beschrieben.
Nachteilig an einer Regelung der Winkelposition des Rotors ist, dass aufgrund der 360°-Periodizität der gemessenen Winkelposition der Rotor der elektrischen Maschine von einer Winkelposition zu der um eine Vollumdrehung verschobenen gleichen Winkelposition drehen kann. Dies kann unkontrolliert durch eine Überlastung des elektrischen Antriebssystems an einer großen Steigung mehrfach erfolgen, so dass sich das Fahrzeug merklich und schaukelnd von Halteposition zur nächsten Halteposition bewegt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Vermeiden des Rollens für ein ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche anzugeben, welches ein verbessertes Haltverhalten aufweist. Ferner ist die Aufgabe auf die Angabe eines entsprechendes Verfahrens und eines entsprechenden Kraftfahrzeugs gerichtet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe für ein ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein über eine externe elektrische Energieversorgung ladbares Elektrofahrzeug. Vorzugsweise wird sowohl ein Rückwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingelegter Vorwärts-Fahrstufe (typischerweise als D-Fahrstufe oder D-Gang bezeichnet) auf einer Fläche mit positiver Steigung (positiver Neigungswinkel) als auch ein Vorwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingelegter Rückwärts-Fahrstufe (typischerweise als R-Fahrstufe oder R-Gang bezeichnet) auf einer Fläche mit negativer Steigung (negativer Neigungswinkel) vermieden. Es ist aber auch denkbar, dass die Einrichtung beispielsweise lediglich ein Rückwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingelegter Vorwärts-Fahrtstufe auf einer Fläche mit positivem Neigungswinkel verhindert.
Erfindungsgemäß wird mittels der elektrischen Antriebsmaschine eine Haltefunktion umgesetzt, damit das Fahrzeug entgegen der eingelegten Fahrstufe nicht rollt. Hierzu wird ein Regler als Teil eines Regelkreises vorgesehen, der zur Regelung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine auf null beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe dient. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass das Fahrzeug nach Anhalten an einer Fläche mit positiver Steigung und D-Fahrstufe beginnt, rückwärts zu rollen, der Regler die Drehzahl der elektrischen Maschine auf null regelt und so ein weiteres Rollen vermeidet. Bei dem Regler handelt es sich vorzugsweise um einen Regler mit I-Glied (integrierend), beispielsweise ein PI-Regler, ein I-Regler oder ein PID-Regler. Ein Regler mit I-Glied hinterlässt keine bleibende Regelabweichung, so dass die Drehzahl trotz der kontinuierlich wirkenden Hangabtriebskraft als Störgröße auf null geregelt werden kann.
Statt der Regelung einer Drehzahl der elektrischen Maschine wäre es möglich, eine für die Drehzahl charakteristische Größe sinnentsprechend zu regeln, insbesondere eine zu der Drehzahl im Wesentlichen proportionale Größe wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Mittelwert der Raddrehzahlen der Räder der angetriebenen Achse oder die Achsdrehzahl der angetriebenen Achse. Die charakteristische Größe wird sinnentsprechend geregelt, d. h. der Sollwert der charakteristischen Größe entspricht dem Wert der charakteristischen Größe bei einer Nulldrehzahl der elektrischen Maschine; die charakteristische Größe wird beispielsweise im Fall einer zur Drehzahl der elektrischen Maschine proportionalen Größe auf null geregelt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt durch die Regelung der Drehzahl auf null ein Halten des Kraftfahrzeugs auf einer geneigten Fläche. Da als Regelgröße statt der 2π-periodische Winkelposition des Rotors der elektrischen Antriebsmaschine die Drehzahl bzw. die dafür charakteristische Größe verwendet wird, wird ein beliebiges Drehen der Rotorachse zur nächsten Winkelposition mit dem gleichen Wert vermieden. Lediglich am Anfang des Regelprozesses rollt das Fahrzeug leicht zurück, so dass der Regler gegensteuern kann und die Drehzahl auf null regelt. Der Rollweg ist bei entsprechender Auslegung der Parameter des Reglers nur wenige Zentimeter (beispielsweise 5–20 cm) lang.
Die Erfindung erlaubt also ein komfortables Anhalten an einem Hang ohne Betätigung der Betriebsbremse und ohne merkliches Rollen des Fahrzeugs entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe. Außerdem wird hierdurch ein Anfahren in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe ohne Lösen der Bremse und ohne Rollen entgegen der Fahrtrichtung möglich.
Die Drehzahl muss nicht zwingend zur Rollvermeidung fortwährend auf eine Soll-Drehzahl von null geregelt werden. Es wäre denkbar, bei Regelung der Drehzahl auf null und Erkennen eines Rutschens der Räder der angetriebenen Achse die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit der Drehzahl der Räder der nicht angetriebenen Achse zu verändern, beispielsweise dass die Soll-Drehzahl – unter Berücksichtigung der Übersetzung der Drehzahl der Räder der nicht angetriebenen Achse entspricht oder vom Betrag etwas geringer ist.
Vorzugsweise ist die Einrichtung so eingerichtet, dass der Regler im Rahmen der Regelung eine Drehmomentvorgabe für die elektrische Antriebsmaschine bestimmt, die bei motorischem Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkt. Es wird also dann seitens der elektrischen Antriebsmaschine ein motorisches Moment aufgebaut, das in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe und entgegen der Hangabtriebskraft wirkt und das Fahrzeug gegen die Hangabtriebskraft hält, beispielsweise ein motorisches Moment bergauf bei einem positiven Neigungswinkel und eingelegter D-Fahrstufe. Nach Ausregelung der Drehzahl auf null ist das von der elektrischen Antriebsmaschine eingeprägte wirksame Moment an den Rädern typischerweise genauso groß wie das entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Moment aufgrund der Hangabtriebskraft.
Grundsätzlich wäre ist denkbar, dass der Regler sowohl bei einer Drehzahl in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrtstufe als auch bei einer Drehzahl entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrtstufe arbeitet. Dies würde bedeuten, dass während des Anhalteprozesses nach Aktivierung der Haltefunktion (beispielsweise ab Erreichen einer Grenzgeschwindigkeit von 2 km/h) der Regler bereits vor dem Anhalten an einem Berg die Drehzahl auf null regelt, wodurch das Fahrzeug deutlich schneller abgebremst wird, als es der Fahrer gewohnt ist. Vorzugsweise ist die Einrichtung aber so ausgestaltet, dass der Regler nur bei einer Drehzahl entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl auf null regelt bzw. die hierfür charakteristische Größe entsprechend regelt, jedoch die Drehzahl bzw. die hierfür charakteristische nicht beeinflusst, wenn eine Drehzahl in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe vorliegt. Der Regler regelt also beim Anhalten an einer positiven Steigung vorzugsweise erst nach einem Wechsel der Drehrichtung der Drehzahl die Drehzahl (kurz nach dem Moment, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist), vorher nimmt er jedoch noch keinen Einfluss auf die Drehzahl. Der Regler benötigt also vorzugsweise eine geringe Drehzahl entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe als Regelabweichung und damit eine kurze Rollbewegung, um eine weitere Rollbewegung aufgrund der Hangabtriebskraft zu verhindern. Da der Regler vorzugsweise nur bei einer Drehzahl entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl korrigieren kann, ist eine Aktivierung der Haltefunktion ab oder unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit nicht nötig; der Regler wird nämlich automatisch die Drehzahl erst dann regeln, sobald die Drehrichtung wechselt. Dennoch ist es vorzugsweise vorgesehen, die Rollvermeidungsfunktion erst ab oder unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeug (beispielsweise 2 km/h) zu aktivieren, beispielsweise indem das Ausgangssignal des Reglers erst ab oder unterhalb dieser Grenzgeschwindigkeit zur Regelung verwendet wird und oberhalb dieser Geschwindigkeit ausgeblendet wird.
Vorzugsweise bestimmt der Regler eine Drehmomentvorgabe für die elektrische Antriebsmaschine als Steuergröße. Um die Wirkung des Reglers auf einen Drehzahlbereich entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe zu begrenzen, ist die Einrichtung vorzugsweise so ausgestaltet, dass in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte der Drehmomentvorgabe zum Regeln genutzt werden und entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte zum Regeln nicht genutzt werden. Es werden also nur die in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Momentenvorgabewerte des Reglers genutzt, beispielsweise nur Werte größer gleich 0 bei eingelegter D-Fahrstufe.
Die Drehmomentvorgabe ist vorzugsweise auf einen in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Wertebereich begrenzt, wobei entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte der Drehmomentvorgabe ausgeschlossen werden. Wenn also das Fahrzeug beim Anhalteprozess (typischerweise aufgrund eines vorgesteuerten Rekuperationsmoments) verzögert und die Fahrzeuggeschwindigkeit in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe noch größer als 0 km/h ist (die Drehzahl ist also in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe), würde der Regler beispielsweise eine entgegen der eingelegten Fahrstufe wirkende Drehmomentvorgabe erzeugen (um die Drehzahl auf null zu regeln); diese Drehmomentvorgabe wird jedoch nicht zur Steuerung der elektrischen Antriebsmaschine verwendet, so dass der Regler die Drehzahl nicht beeinflusst. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe kleiner als 0 km/h wird (die Drehzahl also entgegen der Fahrrichtung der einlegten Fahrstufe wirkt), erzeugt der Regler beispielsweise eine in Fahrtrichtung der einlegten Fahrstufe wirkende Drehmomentvorgabe, diese wird nun zur Steuerung der elektrischen Antriebsmaschine verwendet, so dass der Regler die Drehzahl auf null regelt.
Vorzugsweise wird ein dem Regler nachgeschalteter Begrenzer verwendet, um das Ausgangssignal des Reglers (d. h. die Drehmomentvorgabe) auf in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte zu begrenzen und entgegen der Fahrtrichtung wirkende Werte der Drehmomentvorgabe auszunehmen, beispielsweise wird die Drehmomentvorgabe auf Werte größer gleich 0 bei eingelegter D-Fahrstufe und auf Werte kleiner gleich 0 bei eingelegter R-Fahrstufe begrenzt.
Darüber hinaus kann der Betrag der in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Drehmomentvorgabe, die durch den Regler erzeugt wird, durch einen Maximalwert begrenzt werden. Durch die Vorgabe eines Maximalwerts soll die Fahrstabilität insbesondere bei Situationen mit geringem Reibwert gewährleisten werden. Der Maximalwert des in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Betrags der Drehmomentvorgabe ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass der Maximalwert als maximaler Betrag des Haltemoments das Halten des Kraftfahrzeugs bis zu einer bestimmten Neigung ermöglicht und bei Überschreiten dieser Neigung das Fahrzeug mit dem Maximalwert der Drehmomentvorgabe dann als Bremsmoment entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe rollt. Als maximaler Betrag der Neigung wird beispielsweise ungefähr 8% Hangneigung bei Annahme des maximal zulässigen Gesamtgewichts erreicht, bei geringem Gesamtgewicht ist der maximale Betrag der Neigung entsprechend höher. Es wird also vorzugsweise eine obere Grenze für den Betrag des Haltemoments (beispielsweise 70 Nm bezogen auf den Rotor der elektrischen Maschine) der Haltefunktion definiert, die ein Halten bis zu einer gewissen Steigung (beispielsweise 8% Hangneigung) erlaubt. Hangabtriebskräfte, die Haltemomenten größer dieser oberen Grenze entsprechen, werden nicht vollständig kompensiert, so dass das Fahrzeug in diesen Situationen nicht gehalten wird und aufgrund der Hangantriebskraft mit einem Gegenmoment in Höhe des Maximalwerts bei eingelegter D-Fahrstufe zurückrollt oder bei eingelegter R-Fahrstufe vorwärtsrollt.
Vorzugsweise erfolgt also ein kontrolliertes Rückwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingelegter D-Fahrstufe bzw. ein kontrolliertes Vorwärtsrollen des Fahrzeugs bei eingelegter R-Fahrstufe oberhalb eines bestimmten maximalen Betrags der Neigung. Beim Rollen des Fahrzeugs nimmt mit Zunahme der Geschwindigkeit v entgegen der gewünschten Fahrtrichtung der Betrag des Vorsteuermoments zu, wodurch der Betrag der dann bremsenden Drehmomentvorgabe zunimmt. Hierdurch wird ein bremsendes Rekuperationsmoment an der elektrischen Maschine aufgebaut.
Vorzugsweise ist ein Begrenzer zum Begrenzen der Drehmomentvorgabe nach oben durch einen oberen Grenzwert und nach unten durch einen unteren Grenzwert vorgesehen. Der obere Grenzwert und der untere Grenzwert sind dabei vorzugsweise von der eingelegten Fahrstufe abhängig. Bei eingelegter D-Fahrstufe entspricht der untere Grenzwert beispielsweise dem Wert Null und der obere Grenzwert beispielsweise einem positiven Maximalwert (+70 Nm) der Drehmomentvorgabe. Bei eingelegter R-Fahrstufe entspricht der untere Grenzwert beispielsweise einem negativen Minimalwert (z. B. –70 Nm) und der obere Grenzwert beispielsweise dem Wert Null; der negative Minimalwert weist dabei vorzugsweise den gleichen Betrag wie der positive Maximalwert auf. Hierbei wird davon ausgegangen, dass eine in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs wirkende Drehmomentvorgabe ein positives Vorzeichen hat und eine in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs wirkende Drehmomentvorgabe ein negatives Vorzeichen hat.
Neben dem eigentlichen Regler ist vorzugsweise noch eine Vorsteuerung vorgesehen, welche in Abhängigkeit der Drehzahl oder einer hierfür charakterstischen Größe eine vorgesteuerte Drehmomentvorgabe bestimmt. Die Drehmomentvorgabe des Reglers und die vorsteuerte Drehmomentvorgabe der Vorsteuerung werden dann überlagert. Der Wert der vorgesteuerten Drehmomentvorgabe ist bei der Nulldrehzahl (oder Nullgeschwindigkeit des Fahrzeugs) vorzugsweise null, so dass die Vorsteuerung bei einer Nulldrehzahl (bzw. Nullgeschwindigkeit) nicht wirkt (beispielsweise wenn die Drehzahl ausgeregelt ist). Bei Drehzahlen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe (bzw. bei Geschwindigkeiten entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Geschwindigkeit) ist die Vorsteuerung so, dass die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkt (d. h. entgegen der Drehrichtung wirkt). Bei einem Rückwärtsrollen bei eingelegter D-Fahrstufe wirkt die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe also bergauf und wirkt so der Rollbewegung entgegen. Der Betrag der vorgesteuerten Drehmomentvorgabe nimmt dabei mit zunehmender Geschwindigkeit entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe zu, so dass die Bremswirkung mit zunehmender Rollgeschwindigkeit zunimmt. Durch die Vorsteuerung wird dem Zurückrollen des Fahrzeugs während des Regelprozesses entgegen gewirkt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, beim Anhaltevorgang die Rollvermeidungsfunktion erst ab oder unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit (beispielsweise 2 km/h) des Fahrzeugs (oder alternativ erst ab oder unterhalb einer bestimmten Grenzdrehzahl) zu aktivieren, beispielsweise indem das Ausgangssignal des Reglers erst ab oder unterhalb dieser Grenzgeschwindigkeit (bzw. Grenzdrehzahl) zur Regelung verwendet wird und oberhalb dieser Geschwindigkeit (bzw. Grenzdrehzahl) ausgeblendet wird. Dazu kann beispielsweise vor Aktivierung der Rollvermeidungsfunktion, ein Maximalwert der in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Drehmomentvorgabe von Null verwendet werden. Der obere Grenzwert des Begrenzers liegt beispielsweise bei eingelegter D-Fahrstufe vor Aktivierung der Rollvermeidungsfunktion auf null, nach Aktivierung der Rollvermeidungsfunktion wird der obere Grenzwert auf beispielsweise 70 Nm gesetzt. Bei eingelegter R-Fahrstufe liegt beispielsweise vor Aktivierung der Rollvermeidungsfunktion der untere Grenzwert auf null, nach Aktivierung der Rollvermeidungsfunktion wird der untere Grenzwert auf beispielsweise –70 Nm gesetzt.
Außerdem ist die Rollvermeidung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass nach Halten des Fahrzeugs an der geneigten Fläche und Anfahren des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehmomentvorgabe des Reglers auf null gesetzt wird, so dass ein Eingriff über den Regler ausgeschlossen wird. Beispielsweise kann dies ausgelöst werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe größer gleich 0 km/h oder größer oder größer gleich einem sehr kleinen Geschwindigkeitsschwellwert (beispielsweise 0,5 km/h) wird.
Zum Setzen der Drehmomentvorgabe auf null kann beispielsweise der Maximalwert der in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkenden Drehmomentvorgabe auf null gesetzt werden. Der obere Grenzwert des Begrenzers wird bei eingelegter D-Fahrstufe beispielsweise von einem Wert größer 0 Nm (z. B. 70 Nm) auf 0 Nm gesetzt (der untere Grenzwert wird auf 0 Nm belassen); bei eingelegter R-Fahrstufe wird der untere Grenzwert des Begrenzers beispielsweise von einem Wert kleiner 0 Nm (z. B. –70 Nm) auf 0 Nm gesetzt (der obere Grenzwert wird auf 0 Nm belassen).
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Rollvermeidung eingerichtet, die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems zu überwachen und bei Abfallen der Leistungsfähigkeit auf ein bestimmtes Maß oder um ein bestimmtes Maß eine Aktivierung eines alternativen Haltesystems, insbesondere eine hydraulische Betriebsbremse, eine elektrische Parkbremse oder eine Parksperre, auszulösen. Beispielsweise kann dann eine vollständige Übergabe an das alternative Haltesystem erfolgen, wobei die elektrische Antriebsmaschine nicht mehr zum Halten des Kraftfahrzeugs verwendet. Alternativ kann das alternative Haltsystem dann neben der elektrischen Maschine das Kraftfahrzeug an der geneigten Fläche halten, so dass die elektrische Antriebsmaschine in ihrer Haltfunktion durch das alternative Haltesystem unterstützt wird.
Der Hintergrund hierfür ist, dass bei Halten des Kraftfahrzeugs über die elektrische Maschine eine Degradation im elektrischen Antriebssystem in Bezug auf dessen Leistungsfähigkeit auftreten kann, so dass das gewünschte Haltemoment über die Zeit nicht mehr zur Verfügung steht. In diesem Fall kann zur Sicherstellung einer Haltefunktion für das Fahrzeug ein alternatives Haltesystem aktiviert werden und beispielsweise die Haltefunktion (von der elektrischen Maschine) an das alternative Haltesystem übergeben werden.
Zur Überwachung der Leistungsfähigkeit kann beispielsweise als Kenngröße das verfügbare Drehmoment der elektrischen Maschine überwacht werden. Das verfügbare Drehmoment oder Drehmomentangebot ist eine Drehmomentgröße, die ein über die elektrische Antriebsmaschine potentiell stellbares Drehmoment angibt und vorzugsweise aus einer oder mehrere Kenngrößen des elektrischen Antriebssystem wie beispielsweise der Temperatur der elektrischen Maschine und/oder dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers berechnet wird. Das verfügbare Drehmoment kann beispielsweise bereits eine Prädiktion des stellbaren Drehmoments für einen kurzen Zeitraum in die Zukunft (beispielsweise 2 Sekunden im Voraus) umfassen.
Die Aktivierung des alternativen Haltesystems wird beispielsweise ausgelöst, wenn das verfügbare Drehmoment auf einen bestimmten Wert oder um einen bestimmten Wert abgefallen ist. Beispielsweise wird die Aktivierung ausgelöst, wenn das verfügbare Drehmoment auf das vom Regler gestellte Haltemoment zuzüglich eines Momentvorhalts (beispielsweise ein notwendiger Momentvorhalt zum Anfahren und optional für weitere Funktionen) abgefallen ist.
Die Überwachung der Leistungsfähigkeit und Aktivierung des alternativen Haltesystems kann durch eine Softwarefunktion in dem Motorsteuergerät durchgeführt werden, die den für das Anfahren notwendigen Drehmomentvorhalt bei der Bestimmung des Aktivierungszeitpunkts berücksichtigt.
Eine Aktivierung des alternativen Haltesystem, insbesondere Übergabe an das alternative Haltesystem, erfolgt vorzugsweise nur aus einem aktuellen Haltezustand, bei dem das Fahrzeug durch die elektrische Maschine an der geneigten Fläche gehalten wird und nicht aus Rollzuständen, bei denen das maximale Haltemoment (beispielsweise 70 Nm) des Reglers überschritten wurde und das Fahrzeug rollt.
Die Überwachung der Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems und die Aktivierung des alternativen Haltesystems ist in der deutschen Patentanmeldung „Halten eines ein elektrisches Antriebssystem umfassenden Kraftfahrzeugs auf einer geneigten Fläche” beschrieben, die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung am gleichen Tag wie die vorliegenden Anmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der anderen Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem eine elektrische Antriebsmaschine umfassenden elektrischen Antriebssystem, wobei das Kraftfahrzeug eine Einrichtung zur Rollvermeidung nach dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei Rädern pro Achse.
Das Kraftfahrzeug weist typischerweise ein Fahrpedalinterpreter zur Fahrpedal interpretation auf; dieser bestimmt basierend auf der Stellung Fahrpedals eine Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe (dies wird auch als Fahrerwunschmoment bezeichnet).
Vorzugsweise wird die Drehmomentvorgabe des Reglers bei der Fahrpedalinterpretation berücksichtigt. Die Drehmomentvorgabe des Reglers wird vorzugsweise als Offset auf das Fahrerwunschmoment bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine addiert, so dass die Drehmomentvorgabe des Reglers bei der Fahrpedalinterpretation wieder heraus gerechnet wird.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise eingerichtet, bei Halten des Kraftfahrzeugs durch die Drehmomentvorgabe des Reglers für die elektrische Maschine bei Betätigung des Fahrpedals nicht in jedem Fall in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe zu beschleunigen, sondern dann in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe zu beschleunigen, wenn – bei Berücksichtigung eines gleichen Bezugspunkts für die Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe und die Drehmomentvorgabe des Reglers (beispielsweise für beide Drehmomentvorgaben als Bezugspunkt der Rotor oder die Antriebsachse) – der Betrag der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe größer als der Betrag der Drehmomentvorgabe des Reglers wird. Dies bedeutet, dass bei Betätigung des Fahrpedals zunächst einmal das über den Regler ohnehin gestellte Haltemoment erreicht werden muss und erst dann, wenn das Fahrerwunschmoment das ohnehin über den Regler gesteuerte Haltemoment überschreitet, mehr Moment an der elektrischen Maschine gestellt wird, als gerade zum Halten gebraucht wird, und das Fahrzeug in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe beschleunigt und sich dabei bewegt.
Um dieses Verhalten zu implementieren, kann vorgesehen sein, dass eine über den Regler bestimmte Drehmomentvorgabe bezugspunktrichtig von der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe subtrahiert wird. Die aus der Subtraktion resultierende modifizierte Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe wird zur Steuerung des Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine verwendet, sofern – bei Berücksichtigung eines gleichen Bezugspunkts für die Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe und die Drehmomentvorgabe des Reglers – der Betrag der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe größer als der Betrag der Drehmomentvorgabe des Reglers ist. Diese Bedingung kann dadurch umgesetzt werden, dass die resultierende modifizierte Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe auf einen Begrenzer mit einer unteren Grenze von 0 Nm gegeben wird, der nur eine resultierende modifizierte Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe größer gleich 0 zur Umsetzung in der elektrischen Maschine weiterleitet.
Wie vorstehend beschrieben, wird vorzugsweise nach Losfahren des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehmomentvorgabe des Reglers auf null gesetzt; in diesem Fall wird die Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe nicht mehr um die über den Regler bestimmte Drehmomentvorgabe vermindert.
Die Steuerung der elektrischen Antriebsmaschine ist vorzugsweise auf zumindest zwei Steuereinheiten aufgeteilt, die über einen Fahrzeugbus miteinander kommunizieren können. Der Regler ist dabei in der zweiten Steuereinheit integriert und dient zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe des Reglers. Ferner umfasst die zweite Steuereinheit einen Begrenzer zum Begrenzen der Drehmomentvorgabe nach oben durch einen oberen Grenzwert und/oder nach unten durch einen unteren Grenzwert. Die erste Steuereinheit ist eingerichtet, der zweiten Steuereinheit eine Vorgabe für den oberen und/oder unteren Grenzwert mitzuteilen und der zweiten Steuereinheit eine Vorgabe für die Drehzahl oder für die hierfür charakteristische Größe als Führungsgröße des Regelkreises mitzuteilen.
Die erste Steuereinheit fungiert vorzugsweise als Motorsteuergerät und dient zur Bestimmung eines Sollmoments basierend auf dem Fahrpedalwinkel. Das zweite Steuereinheit entspricht vorzugsweise einer Antriebselektronik, die zur Umsetzung dieses Sollmoments in entsprechende Steuergrößen zur Steuerung der elektrischen Maschine dient.
Zusätzlich zu der vorstehenden Rollvermeidung kann das Fahrzeug noch eine konventionelle Anfahrassistenzfunktion umfassen, mittels der der seitens des Fahrers bei Anhalten über das Bremspedal eingestellte Bremsdruck der Betriebsbremse eingesperrt wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe gerichtet. Gemäß dem Verfahren wird beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine auf null geregelt oder eine für die Drehzahl charakteristische Größe sinnentsprechend geregelt.
Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Einrichtung zur Rollvermeidung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises zur Vermeidung des Rollens entgegen der Fahrrichtung der eingelegten Fahrstufe;
2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorsteuerung;
3 einen Zeitverlauf der von der Antriebssteuerung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine verarbeiteten Drehmomentvorgabe M_G und einen Zeitverlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit v beim Anhalten in drei verschiedenen Situationen;
4 eine beispielhafte Umsetzung des in 1 dargestellten Regelkreises;
5 eine beispielhafte Realisierung der Übergabe der Haltefunktion an ein alternatives Haltesystem; und
6 einen beispielhaften Verlauf des (positiven) verfügbaren Drehmoments M_V der elektrischen Maschine.
1 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel eines Regelkreises zur Vermeidung des Rollens entgegen der Fahrrichtung der eingelegten Fahrstufe. Hierbei ist ein Drehzahlregler R vorgesehen, der die Drehzahl n_ist einer elektrischen Maschine EM auf eine Soll-Drehzahl n_soll = 0 regelt. Bei dem Regler R handelt es sich vorzugsweise um einen proportionalintegrierenden PI-Regler; es könnte aber auch ein beliebiger anderer Reglertyp mit I-Glied verwendet werden, beispielsweise ein PID-Regler oder ein I-Regler. Der Regler R dient zu Erzeugung einer reglerseitigen Drehmomentvorgabe M_R (Sollmoment) für die elektrische Antriebsmaschine EM des Kraftfahrzeugs. Der Regler R nimmt eine Drehzahlabweichung Δn = n_ist – n_soll entgegen; da die Soll-Drehzahl n_soll zur Rollvermeidung auf null gesetzt wird, gilt dann: Δn = n_ist – n_soll = n_ist – 0 = n_ist. Hierbei zählt die Ist-Drehzahl n_ist in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs positiv und in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs negativ.
Im Diagramm a) im unteren Teil von 1 ist nur der P-Anteil (Proportionalanteil) der Drehmomentvorgabe M_R' am Ausgang des Reglers R über der Drehzahlabweichung Δn = n_ist dargestellt; der I-Anteil wurde aus Gründen der vereinfachten Darstellung im Diagramm a) nicht berücksichtigt. Hierbei sollte aber nicht vergessen werden, dass der I-Anteil das Fahrzeug am Hang hält, wobei durch den I-Anteil die Drehzahl n_ist auf null gehalten wird; der Regler R lernt den I-Anteil beim anfänglichen Rückwärtsrollen.
Im Beispiel von 1 wirkt eine positive Drehmomentvorgabe in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs, d. h. bei eingelegter D-Fahrstufe in Fahrtrichtung der D-Fahrstufe und bei eingelegter R-Fahrstufe entgegen der Fahrtrichtung der R-Fahrstufe. Umgekehrt wirkt eine negative Drehmomentvorgabe in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs, d. h. bei eingelegter D-Fahrstufe entgegen der Fahrtrichtung der D-Fahrstufe und bei eingelegter R-Fahrstufe in Fahrtrichtung der R-Fahrstufe.
Wie anhand des Diagramms a) ersichtlich ist, ist bei einer negativen Drehzahlabweichung Δn = n_ist (d. h. bei einer negativen Ist-Drehzahl n_ist, die in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs wirkt) die Drehmomentvorgabe M_R' positiv und bei einer positiven Drehzahlabweichung Δn = n_ist (d. h. bei einer positiven Ist-Drehzahl n_ist, die in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs wirkt) die Drehmomentvorgabe M_R' negativ. Dies gilt auch bei Berücksichtigung des I-Anteils.
Ferner ist ein Begrenzer LIM zum Begrenzen des Ausgangs des Reglers R vorgesehen. Der Begrenzer LIM begrenzt das Ausgangssignal M_R des Reglers R nach oben durch eine obere Reglergrenze RegG_o und nach unten durch eine untere Reglergrenze RegG_u. Im vorliegenden Beispiel ist die obere Reglergrenze RegG_o ein Wert ≥ 0 und die untere Reglergrenze RegG_u ein Wert ≤ 0. Sofern die Drehmomentvorgabe M_R' größer als die obere Reglergrenze RegG₀ ist, entspricht die Drehmomentvorgabe M_R am Ausgang des Begrenzers LIM der oberen Reglergrenze RegG_o. Sofern die Drehmomentvorgabe M_R' kleiner als die untere Reglergrenze RegG_u ist, entspricht die Drehmomentvorgabe M_R am Ausgang des Begrenzers LIM der unteren Reglergrenze RegG_u. Bei Werten M_R' am Eingang des Begrenzers LIM zwischen der oberen Reglergrenze RegG_o und der unteren Reglergrenze RegG_u gilt M_R = M_R'.
Die obere Reglergrenze RegG_o und die untere Reglergrenze RegG_u sind variabel.
Bei eingelegter D-Fahrstufe wird für die obere Reglergrenze RegG_o ein positiver Maximalwert M_R,max und für die untere Reglergrenze RegG_u der Wert 0 eingestellt, wobei die Drehmomentvorgabe nach oben durch diesen positiven Maximalwert M_R,max und nach unten durch den Wert 0 begrenzt wird. Dies ist in dem Diagramm b) unten in 1 schematisch dargestellt.
Bei eingelegter R-Fahrstufe wird für die untere Reglergrenze RegG_u das Negative des Maximalwert M_R,max eingestellt, d. h. RegG_u = –M_R,max, und für die obere Reglergrenze RegG_o der Wert 0 eingestellt, wobei die Drehmomentvorgabe nach unten durch den Wert – M_R,max und nach oben durch den Wert 0 begrenzt wird. Dies ist in dem Diagramm c) unten in 1 schematisch dargestellt.
Sowohl bei eingelegter D-Fahrstufe als auch bei eingelegter R-Fahrstufe ist der Betrag der Drehmomentvorgabe M_R in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe auf den Wert M_R,max begrenzt.
Aufgrund der unteren Reglergrenze RegG_u = 0 im Fall einer eingelegten D-Fahrstufe bzw. der oberen Reglergrenze RegG_o = 0 im Fall einer eingelegten R-Fahrstufe werden nur Werte für der Drehmomentvorgabe M_R' am Ausgang des Reglers genutzt, die in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirken, d. h. positive Drehmomentwerte bei eingelegter D-Fahrstufe bzw. negative Drehmomentwerte bei eingelegter R-Fahrstufe. Entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte der Drehmomentvorgabe M_R' (d. h. negative Drehmomentwerte M_R' bei eingelegter D-Fahrstufe bzw. positive Drehmomentwerte M_R' bei eingelegter R-Fahrstufe) werden durch den Begrenzer LIM ausgenommen und nicht zum Regeln der Drehzahl n_ist genutzt.
Aufgrund der unteren Reglergrenze RegG_u = 0 im Fall einer eingelegten D-Fahrstufe bzw. der oberen Reglergrenze RegG_o = 0 im Fall einer eingelegten R-Fahrstufe beeinflusst der Regler R die Drehzahl n_ist nicht, wenn die Drehzahl n_ist in Fahrtrichtung der eingelegte Fahrstufe wirkt (d. h. im Fall der D-Fahrstufe beim Rückwärtsrollen und damit bei einer positiven Drehzahl n_ist = Δn; im Fall der R-Fahrstufe beim Vorwärtsrollen und damit negativer Drehzahl n_ist = Δn). Bei derartigen Drehzahlen n_ist ist die Drehmomentvorgabe M_R = 0 (siehe die Diagramme b) und c) in 1), so dass der Regler R bei derartigen Drehzahlen n_ist keinen Eingriff hat. Hingegen ist bei einer Drehzahl n_ist entgegen der Fahrtrichtung der Fahrstufe (d. h. im Fall der D-Fahrstufe beim Rückwärtsrollen und damit einer negativen Drehzahl n_ist = Δn; im Fall der R-Fahrstufe beim Vorwärtsrollen und damit einer positiver Drehzahl n_ist = Δn) die Drehmomentvorgabe M_R ungleich null, so dass der Regler bei derartigen Drehzahlen n_ist die Drehzahl n_ist auf null regelt.
Da bei eingelegter D-Fahrstufe als auch bei eingelegter R-Fahrstufe der Betrag der Drehmomentvorgabe M_R in Richtung der Fahrstufe auf den Wert M_R,max begrenzt ist, ist das über den Regler R stellbare Haltemoment begrenzt. Der maximale Betrag des Haltemoments des Reglers R kann beispielsweise bei M_R,max = 70. Nm liegen (bezogen auf den Rotor der elektrischen Maschine). Falls dieser Maximalbetrag zum Halten des Fahrzeugs gegen die Hangantriebskraft nicht ausreicht, kommt es zu einem Rückrollen in der D-Fahrstufe mit einer eingestellten Drehmomentvorgabe M_R = M_R,max des Reglers bzw. zu einem Vorwärtsrollen in der R-Fahrstufe mit einer eingestellten Drehmomentvorgabe M_R = –M_R,max des Reglers. Bei einem angenommen Fahrzeuggewicht entspricht der maximale Betrag des Haltemoments einer maximalen Steigung, bis zu der das Fahrzeug ohne Rollen auf der Steigung gehalten werden kann, beispielsweise ungefähr 8%. Es kommt also oberhalb dieser maximalen Steigung zu einem kontrollierten Rückwärtsrollen bei einer D-Fahrstufe bzw. zu einem kontrollierten Vorwärtsrollen bei der R-Fahrstufe.
Der Regelkreis umfasst vorzugsweise ferner eine Vorsteuerung VS, die eine vorgesteuerte Drehmomentenvorgabe M_VS' in Abhängigkeit einer auf die Fahrrichtung der eingelegten Fahrstufe bezogenen Fahrzeuggeschwindigkeit v' bestimmt. Alternativ könnte die Drehmomentvorgabe M_VS' auch in Abhängigkeit der Drehzahl n_ist der elektrischen Maschine bestimmt werden. Die Geschwindigkeit v' weist in Fahrtrichtung der einlegten Fahrstufe ein positives Vorzeichen auf und entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe ein negatives Vorzeichen auf. Die auf die Fahrrichtung der eingelegten Fahrstufe bezogene Fahrzeuggeschwindigkeit v' wird aus der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit v und der eingelegten Fahrstufe FS bestimmt, indem die absolute Fahrzeuggeschwindigkeit v im Fall der R-Fahrstufe invertiert wird und im Fall der D-Fahrstufe nichtinvertiert wird (s. den Inverterblock INV1 in 1, welcher nur bei eingelegter R-Fahrstufe die Geschwindigkeit v invertiert).
Die Vorsteuerung VS umfasst einen in 1 nicht dargestellten Fahrpedalinterpreter, wobei die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe M_VS' von einem Fahrpedalsignal FP abhängt, welches den Grad der Betätigung des Fahrpedals anzeigt. Die Rückrollvermeidung soll insbesondere bei nicht betätigtem Fahrpedal eingreifen. Bei nicht betätigtem Fahrpedal entspricht der Verlauf der vorgesteuerten Drehmomentvorgabe M_VS' der Vorsteuerung VS in seiner wesentlichen Charakteristik vorzugsweise dem in 1 dargestellten Verlauf: Die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe M_VS' entspricht bei einem Wert von v' = 0 ungefähr 0, d. h. im ausgeregelten Zustand bei Nichtrollen des Fahrzeugs ist die vorgesteuerte. Drehmomentvorgabe M_VS' = 0. Bei Werten für v' entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe (d. h. bei negativen Werten für v') ist die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe M_VS' positiv und nimmt mit steigendem Betrag für v' zu. Die Drehmomentvorgabe M_VS' wird in Abhängigkeit der eingelegten Fahrstufe FS entweder invertiert oder nicht invertiert: bei eingelegter R-Fahrstufe gilt: M_VS = –M_VS'; bei eingelegter D-Fahrstufe gilt: M_VS = M_VS' (s. den Inverterblock INV2 in 1, welcher nur bei eingelegter R-Fahrstufe die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe M_VS' invertiert).
Die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers und die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe M_VS werden addiert und die resultierende Drehmomentvorgabe M_G = M_VS + M_R von einer Antriebssteuerung AS (umfassend die Leistungselektronik) entgegengenommen, die die elektrische Antriebsmaschine EM so ansteuert, dass die Drehmomentvorgabe M_G von der elektrischen Antriebsmaschine EM umgesetzt wird. Mit einer Messeinrichtung ME wird die Ist-Drehzahl n_ist der elektrischen Maschine ermittelt.
Der Betrag der Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R wird vorzugsweise bei der Fahrpedalinterpretation der Vorsteuerung VS berücksichtigt, wie dies in 1 angedeutet ist. Die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R wird nämlich als Offset auf das vorgesteuerte Moment M_VS bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine EM addiert, so dass die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R bei der Fahrpedalinterpretation in der Vorsteuerung VS wieder herausgerechnet wird.
Bei Halten des Kraftfahrzeugs durch die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers wird bei Betätigung des Fahrpedals nicht in jedem Fall in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe beschleunigt, sondern es wird erst dann in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe beschleunigt, wenn der Betrag der Drehmomentvorgabe bei der Fahrpedalinterpretation größer als der Betrag der Drehmomentvorgabe M_R des Reglers wird, wobei hierbei der gleiche Bezugspunkt für die Drehmomentvorgabe aus der Fahrpedalinterpretation und die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers angenommen wird (beispielsweise für beide Drehmomentvorgaben als Bezugpunkt der Rotor oder die Antriebsachse). Dies bedeutet, dass bei Betätigung des Fahrpedals zunächst einmal der Betrag des über den Regler R ohnehin gestellten Haltemoment M_R erreichen werden muss und erst dann, wenn der Betrag der Drehmomentvorgabe aus der Fahrpedalinterpretation den Betrag des über den Regler gesteuerten Haltemoments M_R überschreitet, mehr Moment an der elektrischen Maschine EM gestellt wird, als gerade zum Halten gebraucht wird, und das Fahrzeug in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe beschleunigt und sich dabei bewegt.
Um dieses Verhalten zu implementieren, wird die über den Regler R bestimmte Drehmomentvorgabe M_R bezugspunktrichtig von einer bei der Fahrpedalinterpretation bestimmten Drehmomentvorgabe subtrahiert. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt, welches eine mögliche Implementierung der Vorsteuerung VS in schematischer Weise zeigt. Ein Teil der Vorsteuerung VS ist die Fahrpedalinterpretation (Fahrpedalauswertung). Der Block KLFP100% gibt in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v' ein Moment M_100% bei Annahme einer maximalen Betätigung des Fahrpedals vor (FP = 100%); der Block KLFP0% gibt in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v' ein Moment M_0% bei Annahme einer Nichtbetätigung des Fahrpedals (FP = 0%) vor, wobei die Charakteristik des Moments M_0% über der Fahrgeschwindigkeit v' im Wesentlichen der in Zusammenhang mit 1 diskutierten Charakteristik des vorgesteuerten Moments M_VS' bei Nichtbetätigung des Fahrpedals entspricht. Über einen Überblender MIX wird in Abhängigkeit der Stellung FP des Fahrpedals ein Fahrerwunschmoment M_FW bestimmt, welches je nach Stellung FP des Fahrpedals zwischen dem Moment M_100% bei maximaler Betätigung des Fahrpedals und dem Moment M_0% bei Nichtbetätigung des Fahrpedals liegt. Bei Nichtbetätigung des Fahrpedals entspricht das Fahrerwunschmoment M_FW dem Moment M_0%; d. h. M_FW = M_0%.
Das Fahrerwunschmoment M_FW ist ein Radmoment, wohingegen die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R ein auf die Rotorachse bezogenes Moment darstellt. Um die Drehmomentvorgabe des Reglers R von dem aus der Fahrpedalinterpretation resultierenden Fahrerwunschmoment M_FW bezugspunktrichtig zu subtrahieren, wird die die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R in ein Radmoment umgerechnet. Hierzu wird die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers mit einer Übersetzung i multipliziert. Ferner wird über den Inverterblock INV3 bei eingelegter R-Fahrstufe das resultierende Moment invertiert (da das Haltmoment in diesem Fall negativ ist), bei eingelegter D-Fahrstufe wird das Moment nicht invertiert.
Nachdem die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R in ein Radmoment M_R,V umgerechnet wurde und bei eingelegter R-Fahrstufe invertiert wurde, wird die resultierende Drehmomentvorgabe M_R,V des Reglers R von dem im Rahmen der Fahrpedalinterpretation ermittelten Fahrerwunschmoment M_FW subtrahiert, wobei eine modifiziertes Fahrerwunschmoment M_FW' erhalten wird. Sofern das Fahrerwunschmoment M_FW größer als die resultierende Drehmomentvorgabe M_R,V des Reglers R ist, ist das modifizierte Fahrerwunschmoment M_FW' positiv. Sofern das Fahrerwunschmoment M_FW kleiner als die resultierende Drehmomentvorgabe M_R,V des Reglers Rist, ist das modifizierte Fahrerwunschmoment M_FW' negativ. Das resultierende ' modifizierte Fahrerwunschmoment M_FW' wird auf einen Begrenzer LIM0 mit einer unteren Grenze von 0 Nm gegeben, der ein resultierendes modifiziertes Fahrerwunschmoment M_FW' größer gleich 0 Nm (unverändert) weiterleitet und ein resultierendes modifiziertes Fahrerwunschmoment M_FW' kleiner 0 Nm auf ein Fahrerwunschmoment von 0 Nm nach unten begrenzt. Dies bedeutet, dass nur für den Fall M_FW > M_R,V am Ausgang des Begrenzers LIM0 eine Fahrerwunschmoment größer null vorliegt. Ferner ist eine optionale Momentenstruktur MS vorgesehen, mittels der die Drehmomentvorgabe an verschiedene Momentenanforderungen des Fahrzeugs angepasst wird. Anschließend wird die resultierende Drehmomentvorgabe in eine auf den Rotor bezogene Drehmomentvorgabe M_VS' umgerechnet.
In 3 ist der Zeitverlauf der von der Antriebssteuerung AS zur Ansteuerung der elektrischen Maschine EM verarbeiteten Drehmomentvorgabe M_G (s. jeweils die durchgezogene Linie) und der Zeitverlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit v (s. jeweils die gepunktete Linie) beim Anhalten in drei verschiedenen Situationen schematisch skizziert. In Teildiagramm a) sind die Zeitverläufe beim Anhalten und anschließendem Halten des Fahrzeugs entgegen der Hangabtriebskraft bei eingelegter D-Fahrstufe und einer Fahrbahn mit positiver Steigung (positiver Neigungswinkel) dargestellt, wobei sich das Fahrzeug beim Anhalten entsprechend dem eingezeichneten Richtungspfeil in Vorwärtsrichtung bergauf bewegt. In Teildiagramm b) sind die Zeitverläufe beim Anhalten des Fahrzeugs bei eingelegter D-Fahrstufe auf einer Fahrbahn ohne Steigung dargestellt. In Teildiagramm c) sind die Zeitverläufe beim Anhalten und anschließenden Halten des Fahrzeugs entgegen der Hangabtriebskraft bei eingelegter R-Fahrstufe auf einer Fahrbahn mit negativer Steigung (negativer Neigungswinkel) dargestellt, wobei sich das Fahrzeug beim Anhalten in Rückwärtsrichtung entsprechend dem eingezeichneten Richtungspfeil bergauf bewegt.
Beim Anhalten mit eingelegter D-Fahrstufe in Teildiagramm a) wird bei Loslassen des Fahrpedals die Drehmomentvorgabe M_G reduziert, so dass sich eine negative Drehmomentvorgabe M_G ergibt und das Fahrzeug bremst und damit die Geschwindigkeit v reduziert. Kurz vor Erreichen der Geschwindigkeit v = 0 wird die negative Drehmomentvorgabe M_G auf 0 Nm erhöht. Außerdem wird bei Erreichen oder Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit (beispielsweise 2 km/h) die Rollvermeidung über den Regler R aktiviert, indem die obere Reglergrenze RegG₀ von RegG₀ gleich 0 auf einen positiven Wert ungleich 0 gesetzt wird, beispielsweise auf 70 Nm. Die untere Reglergrenze RegG_u wird auf 0 belassen. Da die untere Reglergrenze RegG_u bei 0 liegt, kann trotz Drehzahlabweichung Δn > 0 über den Regler R keine negative Drehmomentvorgabe M_R eingeprägt werden, die das Fahrzeug abbremsen würde. Wenn das Fahrzeug auf der Fahrbahn mit positiver Steigung zum Halten mit v = 0 kommt, endet die eingezeichnete Anhaltephase. Wenn das Fahrzeug dann entgegen der eingelegten D Fahrstufe rückwärts rollt und die Fahrzeuggeschwindigkeit v negativ wird, beginnt die eingezeichnete Haltephase. Die negative Fahrzeuggeschwindigkeit v bewirkt eine negative Drehzahl n_ist und damit eine Drehzahlabweichung Δn < 0, wodurch sich über die Vorsteuerung ein positives Vorsteuermoment M_VS und über die Regelung eine positive Drehmomentvorgabe M_R des Reglers ergeben. Die (negative) Fahrzeuggeschwindigkeit v nimmt durch die resultierende positive Drehmomentvorgabe M_G wieder zu, wobei bei Zunahme der Fahrgeschwindigkeit v das positive Vorsteuermoment M_VS abnimmt und die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R zunimmt. Wenn die Fahrgeschwindigkeit sich auf v = 0 km/h eingeregelt hat, ist das Vorsteuermoment M_VS auf 0 gesunken, wobei die Drehmomentvorgabe M_G im Wesentlichen vollständig über den Regler R erzeugt wird, d. h. M_G = M_R. Die Drehmomentvorgabe M_G = M_R kompensiert die Hangabtriebskraft. Sofern die Steigung eine Drehmomentvorgabe M_R größer der oberen Reglergrenze RegG₀ bedarf, kann das Fahrzeug nicht gehalten werden und rollt rückwärts, da die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R nach oben auf die obere Reglergrenze RegG₀ begrenzt ist. Bei Rückwärtsrollen des Fahrzeugs nimmt mit Zunahme der Geschwindigkeit v entgegen der gewünschten Fahrtrichtung der Betrag des Vorsteuermoments M_VS zu (s. Kennlinie des Vorsteuermoments M_VS'), wodurch der Betrag der dann bremsenden Drehmomentvorgabe M_G zunimmt. Hierdurch wird ein bremsendes Rekuperationsmoment an der elektrischen Maschine EM aufgebaut.
Die Funktion zur Rollverhinderung über den Regler R wird deaktiviert (beispielsweise, indem die obere Reglergrenze RegG₀ auf null gesetzt wird), wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt und ein dem Haltemoment der E-Maschine entsprechenden Bremsdruck aufbaut.
Nach Losfahren des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) in Vorwärtsrichtung wird die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R auf null gesetzt, indem die obere Reglergrenze RegG_o auf null gesetzt wird. Damit wird die Funktion der Rückrollverhinderung quasi deaktiviert. Außerdem wird hierdurch der bei der Fahrpedalinterpretation berücksichtigte Regleranteil M_R,V auf 0 gesetzt, so dass der Fahrerwunsch M_FW nicht mehr durch den Regleranteil M_R,V reduziert wird.
In Teildiagramm c) ist die Situation beim Anhalten mit eingelegter R-Fahrstufe dargestellt. Da das Fahrzeug beim Anhalten rückwärts bergauf fährt, ist die Drehmomentvorgabe M_G zunächst negativ. Zum Abbremsen wird eine positive Drehmomentvorgabe M_G eingestellt, so dass sich die Geschwindigkeit v in Richtung 0 erhöht. Kurz vor Erreichen der Geschwindigkeit v = 0 wird die positive Drehmomentvorgabe M_G auf 0 Nm reduziert. Außerdem wird bei Erreichen oder Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit (beispielsweise –2 km/h) die Rollvermeidung über den Regler R aktiviert, indem die untere Reglergrenze RegG_u von RegG_u gleich 0 auf einen negativen Wert ungleich 0 gesetzt wird, beispielsweise auf –70 Nm. Die obere Reglergrenze RegG_o wird auf 0 belassen. Wenn das Fahrzeug dann entgegen der eingelegten R-Fahrstufe vorwärts rollt und die Fahrzeuggeschwindigkeit v positiv wird, ergibt sich eine positive Drehzahl n_ist und damit eine Drehzahlabweichung Δn > 0, wodurch sich über die Vorsteuerung eine negative Momentvorgabe M_VS und über die Regelung eine negative Drehmomentvorgabe M_R des Reglers ergeben. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v nimmt durch die resultierende negative Drehmomentvorgabe M_G wieder ab, wobei bei Abnahme der Fahrgeschwindigkeit v der Betrag des negativen Vorsteuermoments M_VS abnimmt und der Betrag der negativen Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R zunimmt. Wenn die Fahrgeschwindigkeit sich auf v = 0 km/h eingeregelt hat, liegt das Vorsteuermoment M_VS bei null, wobei die Drehmomentvorgabe M_G komplett über den Regler R erzeugt wird, d. h. M_G = M_R.
In 1 bis 3 wurde davon ausgegangen, dass zur Rollvermeidung die Soll-Drehzahl n_soll als Führungsgröße des Regelkreises auf 0 gesetzt wird.
Falls bei einer Rollvermeidung mit n_soll = 0 das Fahrzeug aufgrund einer geringen Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn (beispielsweise wegen einer vereisten Fahrbahn) bei stehenden Hinterrädern rutscht, kann vorgesehen sein, dass die Soll-Drehzahl n_soll an das Rutschen angepasst wird, so dass sich die Räder der angetriebenen Achse mit der Rutschbewegung drehen können und das Fahrzeug besser lenkbar ist. Ein Rutschen des Fahrzeugs bei stehenden Rädern der angetriebenen Achse kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass die Räder der nicht angetriebenen Achse entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe drehen. Bei rutschendem Fahrzeug wird die Soll-Drehzahl n_soll so verändert, dass sich die Räder der angetriebenen Achse mit der Fahrzeugbewegung drehen. Die Soll-Drehzahl n_soll wird hierzu von n_soll = 0 auf beispielsweise einen Wert verändert, der unter Berücksichtigung der Übersetzung zwischen Rad und Rotorachse der Drehzahl der nicht angetriebenen Räder entspricht oder dessen Betrag etwas geringer als die Drehzahl der nicht angetriebenen Räder ist; die Räder der angetriebenen Achse drehen dann so schnell bzw. etwas langsamer als die Räder der nicht angetriebenen Achse. Im Fall eines Rückwärtsrutschen bei eingelegter D-Fahrstufe, wird in 1 eine Drehzahl n_soll mit negativem Wert eingestellt; im Fall eines Vorwärtsrutschen bei eingelegter R-Fahrstufe, wird in 1 dann eine Drehzahl n_soll mit positivem Wert eingestellt.
In 4 ist eine beispielhafte Aufteilung des in 1 dargestellten Regelkreises auf mehrere Steuergeräte dargestellt. Eine Antriebselektronik AE für die elektrische Antriebsmaschine EM umfasst einen Drehzahlregler R mit zusätzlicher Momentensteuerung über die Vorsteuermomentvorgabe M_VS (kombinierte Drehzahlregelung und Momentensteuerung). Außerdem umfasst die Antriebselektronik AE die Antriebssteuerung AS, die die Drehmomentvorgabe M_G in entsprechende Ansteuergrößen der elektrischen Maschine EM umsetzt. Die Antriebselektronik AE ist über einen Fahrzeugbus B mit einem Motorsteuergerät eDME verbunden. Das Motorsteuergerät eDME dient unter anderem der Bestimmung der Vorsteuermomentvorgabe M_VS in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung FP, welche in der Antriebselektronik AE weiterverarbeitet wird. Das Motorsteuergerät eDME teilt ferner der Antriebselektronik AE die obere Reglergrenze RegG_o, die untere Reglergrenze RegG_u und die Soll-Drehzahl n_soll mit. Zur Umsetzung der Rollvermeidungsfunktion wird die Soll-Drehzahl n_soll auf null gesetzt; es können andere Betriebsfälle vorgesehen sein, bei denen die Soll-Drehzahl n_soll auf einen von null verschiedenen Wert gesetzt wird. Die variablen Größen n_soll, RegG_o und RegG_u werden von einer Steuerung S vorgegeben. Die Motorsteuerung eDME nimmt die Drehmomentvorgabe M_R des Reglers R zur Berücksichtigung dieser Größe bei der Fahrpedalinterpretation entgegen. Außerdem wird der Motorsteuerung eDME das Ist-Drehmoment M_i der elektrischen Maschine EM mitgeteilt. Das Ist-Drehmoment M_i wird aus dem Strom der elektrischen Maschine EM berechnet.
Ferner empfängt die Motorsteuerung eDME das verfügbare Moment M_v der elektrischen Maschine EM, d. h. ein potentiell stellbares Moment M_v der elektrischen Maschine EM, welches die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems beschreibt. Vorzugsweise wird dabei sowohl ein positiver Wert für das verfügbare Moment M_v empfangen, der ein potentiell stellbares Drehmoment in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt, als auch ein negativer Wert für das verfügbare Moment M_V empfangen, der ein potentiell stellbares Drehmoment in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt. Bei einer gewissen Degradation der Leistungsfähigkeit, d. h. Degradation des verfügbaren Moments M_v, wird ein alternatives Haltesystem, insbesondere eine elektrische Parkbremse, eine Parksperre oder eine Betriebsbremse, ausgelöst. Die Haltefunktion wird dann vorzugsweise im Wesentlichen vollständig an das alternative Haltesystem übergeben. Das Auslösen des alternativen Haltesystems geschieht über das Digitalsignal RQ, welches über den Bus B an ein Steuergerät, hier das Bremssteuergerät DSC, gesandt wird und in diesem Fall umschaltet, so dass dem Steuergerät DSC signalisiert wird, ein alternative Haltesystem, beispielsweise eine elektrische Parkbremse ePB, einzuschalten. Bei dem Digitalsignal kann es sich beispielsweise auch um ein Gangwahlsignal zum Einlegen der Getriebestellung P (P – Parken) handeln, welches an eine Getriebesteuerung (nicht dargestellt) gesandt wird; hierdurch wird dann die mechanische Parksperre eingelegt.
Bei einer speziellen Ausgestaltung, bei der als alternatives Haltesystem die Parksperre verwendet wird, wird zunächst über das Signal RQ dem Bremssteuergerät DSC mitgeteilt, dass das Fahrzeug (bald) nicht mehr über die elektrische Antriebsmaschine gehalten werden kann. Das Bremssteuergerät DSC liefert daraufhin ein Warnsignal an das Motorsteuergerät eDME zurück, dass die elektrische Parkbremse nicht aktiviert wird. Das Warnsignal wird dann vom Motorsteuergerät eDME an ein Getriebesteuergerät weitergeleitet, worauf hin die P-Getriebestufe eingelegt und damit die Parksperre eingelegt wird. Wenn seitens des Motorsteuergeräts eDME festgestellt wird, dass das Fahrzeug über die Parksperre gehalten wird, wird die über die elektrische Antriebsmaschine realisiert Haltefunktion deaktiviert, beispielsweise indem bei eingelegter D-Fahrstufe die obere Reglergrenze RegG₀ oder bei eingelegter R-Fahrstufe die untere Reglergrenze RegG_u auf null gesetzt werden.
Die Überwachung des verfügbaren Moments M_v erfolgt in dem Funktionsblock MON des Motorsteuergeräts eDME. Der Funktionsblock MON arbeitet beispielsweise in der nachfolgend im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Weise. Zunächst wird das Fahrzeug durch ein mittels der elektrischen Maschine EM erzeugtes Drehmoment gehalten (s. Schritt 110). Hierzu wird mittels des Reglers R die Drehmomentvorgabe M_R erzeugt, der die Drehzahl n_ist der elektrischen Antriebsmaschine EM beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe auf null regelt. In Schritt 120 wird ein aktueller Wert für das verfügbare Moment M_v bestimmt; dies geschieht in der Antriebselektronik AE. Vorzugsweise wird dabei sowohl ein positiver Wert für das verfügbare Moment M_V bestimmt, der einpotentiell stellbares Drehmoment in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt, als auch ein negativer Wert für das verfügbare Moment M_V bestimmt, der ein potentiell stellbares Drehmoment in Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs angibt. Außerdem wird ein Schwellwert M_S für das verfügbare Moment M_v berechnet (s. Schritt 130); dies geschieht im Funktionsblock MON. Der Schwellwert M_S ergibt sich aus der Summe eines Drehmoments zum Halten des Fahrzeugs und eines Drehmomentvorhalts M_VH. Das Drehmoment zum Halten des Fahrzeugs entspricht dem Drehmoment M_R. Bei der Verzweigung 140 wird ein Schwellwertvergleich des verfügbaren Drehmoments M_v mit dem Schwellwert M_S durchgeführt. Vorzugsweise wird hier zwischen Halten bei eingelegter D-Fahrstufe, wobei das Fahrzeug gegen ein Rückrollen über eine positive Drehmomentvorgabe M_R gehalten wird, und Halten bei eingelegter R-Fahrstufe, wobei das Fahrzeug gegen ein Vorwärtsrollen über ein. negative Drehmomentvorgabe M_R gehalten wird, unterschieden. Bei eingelegter D-Fahrstufe wird geprüft, ob das verfügbare (positive) Drehmoment M_v bereits soweit abgefallen ist, dass das verfügbare Drehmoment M_v kleiner gleich dem (positive) Schwellwert M_S ist. Wenn dies der Fall ist, wird das alternative Haltesystem aktiviert. Ansonsten wird das Halten des Kraftfahrzeugs über die elektrische Antriebsmaschine EM fortgesetzt. Bei eingelegter R-Fahrstufe wird geprüft, ob das verfügbare (negative) Drehmoment M_v bereits soweit in Richtung null angestiegen ist, dass das verfügbare (negative) Drehmoment M_v größer gleich dem (in diesem Fall negativen) Schwellwert M_S ist. Wenn dies der Fall ist, wird das alternative Haltesystem ePB aktiviert. Ansonsten wird das Halten des Kraftfahrzeugs über die elektrische Antriebsmaschine EM fortgesetzt. Außerdem wird das Halten durch ein seitens der elektrischen Maschine EM erzeugtes Drehmoment deaktiviert (s. Schritt 160). Vorzugsweise erfolgt das Deaktivieren zeitlich nach dem Aktivieren des alternativen Haltesystems ePB. Hierbei wird kann optional vorgehen sein, dass zunächst abgewartet wird, bis bestätigt wurde, dass das Fahrzeug über das alternative Haltesystem gehalten wird und erst nach Erhalten der Bestätigung das Halten über die elektrische Maschine deaktiviert wird.
Vorzugsweise wird bei der Verzweigung 140 noch geprüft, ob kein Rollen des Fahrzeugs aufgrund der Haltemomentlimitierung (s. RegG_o bei eingelegter D-Fahrstufe und RegG_u bei eingelegter R-Fahrstufe) vorliegt. Hierzu kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Drehzahl der elektrischen Maschine ausgewertet werden. Das Rollen kann auch indirekt durch Auswertung der Drehmomentvorgabe M_R festgestellt werden, indem geprüft wird, ob der Betrag von M_R bereits der Reglergrenze RegG_o bzw. RegG_u entspricht. Falls diese zusätzliche Prüfung durchgeführt wird, wird nur dann das alternative Haltesystem aktiviert, wenn festgestellt wird, dass kein Rollen des Fahrzeugs vorliegt.
In 6 ist ein beispielhafter Verlauf des (positiven) verfügbaren Drehmoments M_V der elektrischen Maschine EM über der Zeit t beim Halten des Kraftfahrzeugs gegen die Hangabtriebskraft dargestellt. Das verfügbare Drehmoment M_V wird hierbei vorzugsweise für einige Sekunden im Voraus berechnet, beispielsweise für 2 s. Es wird angenommen, dass die D-Fahrstufe eingelegt ist. Im Fall einer eingelegten R-Fahrstufe ist der Verlauf des negativen verfügbaren Drehmoments an der X-Achse gespiegelt und sämtliche dargestellten Größen auf der Y-Achse sind negativ, wobei statt der oberen positiven Reglergrenze RegG_o dann die untere negative Reglergrenze RegG_u einzuzeichnen wäre. Aufgrund der Zunahme der Temperatur und/oder der Abnahme des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers kommt es zu einer Degradation der Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems und damit des verfügbaren Drehmoments M_V der elektrischen Antriebsmaschine EM. Während des Haltens wird immer wieder geprüft, ob das verfügbare Drehmoment M_V der elektrischen Maschine EM bereits auf den Schwellwert M_S abgefallen ist oder diesen unterschritten hat. Der Schwellwert M_S ergibt sich aus der Summe der mittels des Reglers R bestimmten Drehmomentvorgabe M_R für die elektrische Maschine EM zum Halten des Kraftfahrzeugs und einem Drehmomentvorhalt M_VH. Der Drehmomentvorhalt M_VH ist so bemessen, dass dieser ein Anfahren des stehenden Fahrzeugs in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe (hier bergauf in Vorwärtsrichtung bei eingelegter D-Fahrstufe) auf der geneigten Fläche mit einer gewissen Fahrdynamik ermöglicht. Der Drehmomentvorhalt M_VH kann neben dem Vorhalt zum Anfahren des Fahrzeugs noch eine oder mehrere weitere Komponenten umfassen, beispielsweise ein Drehmomentvorhalt zum Starten eines Range-Extenders. Beispielsweise hat der Drehmomentvorhalt M_VH einen Wert von 100 Nm bei eingelegter D-Fahrstufe (bei eingelegter R-Fahrstufe ist der Drehmomentvorhalt M_VH beispielsweise –100 Nm groß). Zum Zeitpunkt t_exit erreicht das verfügbare Drehmoment M_V den Schwellwert M_S und es wird ein Befehl zur Aktivierung des alternativen Haltesystems gegeben. Hierzu wird von der Motorsteuerung eDME beispielsweise das Signal RQ an das Bremssteuergerät DSC gesandt. Danach wird das Halten über die elektrische Maschine EM deaktiviert.
Die vorstehend beschriebene Rückrollvermeidung vermeidet bis zu einem definierten Grad ein Rollen entgegen der eingelegten Fahrstufe (bei D-Fahrstufe kein Rückwärtsrollen und/oder in der R-Fahrstufe kein Vorwärtsrollen), indem, ohne dass der Fahrer das Bremspedal betätigen muss, das Fahrzeug gehalten wird. Die notwendige Haltekraft wird mittels der elektrischen Antriebsmaschine erstellt, die ein für den Stillstand des Fahrzeuges erforderliches Haltemoment liefert; zur Erzeugung des Haltemoment wird der Drehzahlregelung als Führungsgröße eine Soll-Drehzahl n_soll von 0 vorgegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0921028 A2 [0007]

Claims

Einrichtung zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe für ein ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Antriebsmaschine (EM) umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche, umfassend einen Regler (R) zur Regelung der Drehzahl (n_ist) der elektrischen Antriebsmaschine (EM) auf null oder zur sinnentsprechenden Regelung einer für die Drehzahl charakteristischen Größe beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung eingerichtet ist, dass der Regler (R) im Rahmen der Regelung eine Drehmomentvorgabe (M_R, M_R') für die elektrische Antriebsmaschine (EM) bei motorischem Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine bestimmt, die in der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass – der Regler (R) bei einer Drehzahl (n_ist) entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl (n_ist) auf null regelt bzw. die hierfür charakteristische Größe entsprechend regelt und – der Regler (R) bei einer Drehzahl (n_ist) in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl (n_ist) bzw. die hierfür charakteristische Größe nicht beeinflusst.
Einrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler (R) eine Drehmomentvorgabe (M_R') für die elektrische Antriebsmaschine (EM) bestimmt und die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte der Drehmomentvorgabe (M_R') zum Regeln genutzt werden und entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkende Werte der Drehmomentvorgabe (M_R') zum Regeln nicht genutzt werden.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler (R) zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe (M_R, M_R') dient und die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass der Betrag der Drehmomentvorgabe (M_R, M_R') in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe durch einen Maximalwert (RegG_o; RegG_u) begrenzt wird.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass der Maximalwert (RegG_o; RegG_u) das Halten des Kraftfahrzeugs bis zu einer bestimmten Neigung ermöglicht und bei Überschreiten dieser Neigung das Fahrzeug mit dem Maximalwert (RegG_o; RegG_u) der Drehmomentvorgabe entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe rollt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler (R) zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe (M_R, M_R') dient und die Einrichtung einen Begrenzer (LIM) zum Begrenzen der Drehmomentvorgabe nach oben durch einen oberen Grenzwert (RegG_o) und nach unten durch einen unteren Grenzwert (RegG_u) umfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung ferner eine Vorsteuerung (VS) vorsieht, welche in Abhängigkeit der Drehzahl oder einer hierfür charakterstischen Größe – insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit – eine vorgesteuerte Drehmomentvorgabe (M_VS', M_VS) bestimmt, wobei – die vorgesteuerte Drehmomentvorgabe (M_VS', M_VS) bei einem Wert von null für die Drehzahl (n_ist) bzw. die hierfür charakteristischen Größe dem Wert null entspricht und – bei Werten für die Drehzahl (n_ist) bzw. für die hierfür charakteristische Größe, die entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirken, der jeweilige vorgesteuerte Drehmomentvorgabewert (M_VS', M_VS) in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe wirkt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung eingerichtet ist, die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems zu überwachen und bei Abfallen der Leistungsfähigkeit auf ein bestimmtes Maß oder um ein bestimmtes Maß eine Aktivierung eines alternativen Haltesystems, insbesondere eine elektrische Parkbremse, eine Parksperre oder eine Betriebsbremse, auszulösen.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler (R) zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe (M_R) dient und die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass nach Losfahren des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) auf null gesetzt wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung einrichtet ist, – sowohl ein Rollen in Rückrichtung des Fahrzeugs bei einer der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zugeordneten Fahrstufe zu vermeiden – als auch ein Rollen in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs bei einer der Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs zugeordneten Fahrstufe zu vermeiden.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung eingerichtet ist, ein Rutschen des Fahrzeugs festzustellen und daraufhin die Soll-Drehzahl (n_soll) für die Regelung ausgehend von null zu verändern, so dass sich die Räder einer angetriebenen Achse drehen.
Kraftfahrzeug mit einem eine elektrische Antriebsmaschine umfassenden elektrischen Antriebssystem, wobei das Kraftfahrzeug eine Einrichtung zur Rollvermeidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, wobei – der Regler (R) zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe dient, – das Kraftfahrzeug ferner einen Fahrpedalinterpreter (KFZ, KFS, KFLP0) zur Bestimmung einer Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe (M_FW) basierend auf der Betätigung des Fahrpedals umfasst und – das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, bei Halten des Kraftfahrzeugs durch die Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) im Fall der Betätigung des Fahrpedals erst dann in Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe zu beschleunigen, wenn – bei Berücksichtigung eines gleichen Bezugspunkts für die Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe (M_FW) und die Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) – der Betrag der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe (M_FW) größer als der Betrag der Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, wobei das Kraftfahrzeug eingerichtet ist, – eine über den Regler (R) bestimmte Drehmomentvorgabe (M_R, M_R,V) bezugspunktrichtig von der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe (M_FW) abzuziehen, – die hieraus resultierende modifizierte Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe (M_FW') zur Steuerung des Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine zu verwenden, sofern – bei Berücksichtigung eines gleichen Bezugspunkts für die Fahrpedal basierte Drehmomentvorgabe (M_FW) und die Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) – der Betrag der Fahrpedal basierten Drehmomentvorgabe (M_FW) größer als der Betrag der Drehmomentvorgabe (M_R) des Reglers (R) ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei – das Kraftfahrzeug eine erste Steuereinheit (eDME) und ein zweite Steuereinheit (AE) umfasst, die über einen Fahrzeugbus (B) miteinander kommunizieren können, – der Regler (R) in der zweiten Steuereinheit (AE) integriert ist und zur Bestimmung einer Drehmomentvorgabe (M_R) dient, – die zweite Steuereinheit (AE) ferner einen Begrenzer (LIM) zum Begrenzen der Drehmomentvorgabe nach oben durch einen oberen Grenzwert (RegG_o) und/oder nach unten durch einen unteren Grenzwert (RegG_u) umfasst und – die erste Steuereinheit (eDME) eingerichtet ist, – der zweiten Steuereinheit (AE) eine Vorgabe für den oberen und/oder unteren Grenzwert mitzuteilen und – der zweiten Steuereinheit (AE) eine Vorgabe für die Drehzahl (n_soll) oder für die hierfür charakteristische Größe als Führungsgröße des Regelkreises mitzuteilen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei – das Kraftfahrzeug ein nicht-kriechendes Kraftfahrzeug ist, welches sich auf einer ebener Fläche ohne Neigung bei einer der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zugeordneten eingelegten Fahrstufe nicht in Vorwärtsrichtung bewegt und bei einer der Rückrichtung des Fahrzeugs zugeordneten eingelegten Fahrstufe nicht in Rückwärtsrichtung bewegt, und – das Kraftfahrzeug derart ausgestaltet ist, dass im Schubbetrieb eine Schubrekuperation über die elektrische Antriebsmaschine erfolgt.
Verfahren zum Vermeiden des Rollens entgegen der Fahrtrichtung einer eingelegten Fahrstufe für ein ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrische Antriebsmaschine umfassendes Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche, wobei beim Rollen entgegen der Fahrtrichtung der eingelegten Fahrstufe die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine auf null geregelt wird oder eine für die Drehzahl charakteristische Größe sinnentsprechend geregelt wird.