DE102013201691A1

DE102013201691A1 - Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges und ein ein solches Verfahren verwendendes Bremssystem

Info

Publication number: DE102013201691A1
Application number: DE102013201691.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Henzler; Armin Verhagen; Remco Ten Zweege; Andreas Georgi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-04-30
Also published as: CN104870238A; WO2014063943A2; US9527488B2; US20150283983A1; CN104870238B; WO2014063943A3

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges bereitgestellt, wobei ein Bremseingriff an wenigstens einem Rad des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei eine Gesamtbremskraft für den Bremseingriff einerseits durch eine Hydraulikeinrichtung im Fahrzeug erzeugt wird, andererseits durch wenigstens einen dem einen Rad zugeordneten Elektromotor, welcher jederzeit unterstützend für die durch die Hydraulikeinrichtung erzeugte Bremskraft wirkt, wobei die Gesamtbremskraft sowohl durch eine Modulation einer durch die Hydraulikeinrichtung erzeugten Bremskraft als auch durch eine Modulation der durch den Elektromotor erzeugten Bremskraft an dem wenigstens einen Rad erzeugt wird, wobei sich die Bremskraft der Hydraulikeinrichtung und die Bremskraft des Elektromotors zu der Gesamtbremskraft addieren, und wobei ein Betrag der jeweiligen Bremskraft in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges von einer Steuerung gesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges und ein ein solches Verfahren verwendendes Bremssystem, insbesondere ein Verfahren für ein Bremssystem eines Fahrzeuges mit Elektro- und/oder Hybrid-Elektroantrieb.
Stand der Technik
Aus dem Dokument DE 44 35 953 A1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem hydraulischen Bremssystem bekannt, wobei das Elektrofahrzeug wenigstens einen Elektromotor für einen Antrieb wenigstens eines Rades aufweist, wobei der Elektromotor jedoch auch in einem Bremsbetrieb zum Bremsen des wenigstens einen Rades betrieben werden kann, und zwar zusätzlich und unterstützend zu einem hydraulischen Bremssystem, welches durch den Fahrer betätigt wird und welches, beispielsweise bei einem ABS- oder ESP-Fahrassistenzsystem, in modulierender Weise eine Bremskraft erzeugt. Wird eine durch den Elektromotor erzeugte Bremskraft nicht zusätzlich benötigt, da das hydraulische Bremssystem in einer bestimmten Fahrsituation ausreichend ist, dann ist der Elektromotor als Bremskrafterzeuger deaktiviert und wird als Generator verwendet, d.h. rotatorische Energie wenigstens eines Rades wird über den als Generator arbeitenden Elektromotor als elektrische Energie in einem entsprechenden Energiespeicher gespeichert. Dies wird als "regeneratives bzw. rekuperatives Bremsen" bezeichnet.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schlägt unter einem ersten Aspekt gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges vor, wobei ein Bremseingriff an wenigstens einem Rad des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei eine Gesamtbremskraft für den Bremseingriff einerseits durch eine Hydraulikeinrichtung im Fahrzeug erzeugt wird, andererseits durch wenigstens einen dem einen Rad zugeordneten Elektromotor, welcher jederzeit unterstützend für die durch die Hydraulikeinrichtung erzeugte Bremskraft wirkt, wobei die Gesamtbremskraft sowohl durch eine Modulation einer durch die Hydraulikeinrichtung erzeugten Bremskraft als auch durch eine Modulation der durch den Elektromotor erzeugten Bremskraft an dem wenigstens einen Rad erzeugt wird, wobei sich die Bremskraft der Hydraulikeinrichtung und die Bremskraft des Elektromotors zu der Gesamtbremskraft addieren, und wobei ein Betrag der jeweiligen Bremskraft in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges von einer Steuerung gesteuert wird.
Unter einem zweiten Aspekt gemäß Anspruch 7 schlägt die Erfindung ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit Elektro- und/oder Hybrid-Elektroantrieb vor, wobei das Bremssystem des Fahrzeuges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.
Vorteile der Erfindung
Der Vorteil der vorgeschlagenen Verfahren ergibt sich daraus, dass einerseits eine Energiegewinnung durch den Generatorbetrieb (Rekuperation) in allen Fahrsituationen möglich ist, während gleichzeitig – unabhängig von der jeweiligen Fahrsituation bzw. Bremssituation – eine Modulation der Gesamtbremskraft bzw. des Raddrehmomentes, welche sich aus der Addition von hydraulisch erzeugter Bremskraft und durch den wenigstens einen Elektromotor erzeugter Bremskraft ergibt, möglich ist. Da der Elektromotor in der Lage ist, relativ schnell, bezogen auf das hydraulische Bremssystem, Drehmomentänderungen durchzuführen, ist es möglich, schnell auf angeforderte Drehmomentänderungen (d.h. Bremseingriffe) zu reagieren. Weiterhin wirkt sich durch die unterstützende und ebenfalls modulierende (Brems-)Wirkung des Elektromotors das hydraulische Bremssystem, z.B. bei einem ABS-Bremseingriff des Bremssystems, weniger auf das vom Fahrer empfundene "Fahrgefühl" aus ("stotternde Bremse", hör- und fühlbare Bremseingriff-Wirkungen).
Weiterhin kann aufgrund der Kombination der hydraulischen und elektrischen Modulation in jeder Brems-Situation relativ mehr Energie wiedergewonnen werden, d.h. eine höhere Rekuperation erzielt werden, nicht zuletzt, da während eines ABS-Bremseingriffes das hydraulische Bremssystem aktiv ist. Somit ist für Elektrofahrzeuge eine höhere Reichweite erzielbar, da mehr elektrische Energie rekuperiert werden kann.
Da der Elektromotor ein relativ schnelles Ansprechverhalten aufweist, ergibt sich ein dynamischeres Fahrverhalten während eines ABS-Bremseingriffes mit kürzeren Bremswegen und geringerer Geräuschentwicklung aufgrund der unterstützenden Wirkung des Elektromotors für das Bremsverhalten.
Auch kann durch die unterstützende modulierende Brems-Wirkung des Elektromotors die hydraulische Einheit einfacher ausgebildet sein und eine kleinere hydraulische Pumpe verwendet werden.
Weiterhin können die an den Rädern angeordneten Reibungsbremsen kleiner dimensioniert und auf eine kürzere Lebensdauer ausgelegt werden.
ABS- bzw. ESP-Bremseingriffe werden vom Fahrer durch die unterstützende modulierende Brems-Wirkung des Elektromotors als gleichmäßiger bzw. "sanfter" wahrgenommen, da der Elektromotor, wie oben schon erwähnt, aufgrund des relativ schnellen Ansprechverhaltens ein höheres dynamischeres und genaueres Verhalten aufweist.
Weiterhin wird bevorzugt, dass bei Nicht-Betreiben des wenigstens einen Elektromotors zur Erzeugung einer Bremskraft eine rotatorische Energie des mit dem Elektromotor gekoppelten Rades zur Speicherung in einem elektrischen Energiespeicher im Fahrzeug verwendet wird. Dadurch kann, wie oben schon erwähnt, rotatorische Energie in elektrische Energie rekuperiert werden, um diese dann zur Erhöhung der Reichweite des Elektrofahrzeuges in einem entsprechenden Energiespeicher (z.B. Batteriepack) zu speichern.
Vorzugsweise wird durch die Steuerung ein vorbestimmter Rad-Drehmoment-Schwellenwert (d.h. geforderter Bremskraftwert) vorgegeben, bis zu welchem eine durch den Elektromotor erzeugte Bremskraft für den Fall eines geforderten Bremseingriffs in modulierender Weise aktiv ist, während bei Nicht-Aktivität des die Bremskraft bereitstellenden Elektromotors Energie durch den Elektromotor in der Art eines Generators in elektrischer Form gespeichert wird. Hierdurch kann beispielsweise die hydraulische Bremseinrichtung bei Vorliegen entsprechender Bedingungen zeitweise vollständig deaktiviert werden.
Vorteilhafterweise wird bei einem Überschreiten des vorbestimmten Rad-Drehmoment-Schwellenwertes eine Bremskraft einschließlich einer Modulation dieser Bremskraft im Wesentlichen durch die Hydraulikeinrichtung erzeugt. Hierdurch wird eine Bremskraft (d.h. Rad-Drehmoment) hauptsächlich durch die effektivere Hydraulik-Bremseinrichtung erzeugt.
Weiterhin wird bevorzugt, dass die erzeugte Gesamtbremskraft in Verbindung mit einem Fahrzeug-Assistenzsystem zur Stabilisierung eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges verwendet wird, und zwar in Verbindung mit ABS und/oder ESP und/oder ASR und/oder ACC und/oder SBC. Hierbei ist von Vorteil, dass für die entsprechenden Assistenzsysteme die Eigenschaften eines Elektromotors zur Bremskraft-Erzeugung genutzt werden können, so dass diese Assistenzsysteme entsprechend kleiner und kostengünstiger dimensioniert werden können und unter Umständen vollständig entfallen können.
Vorzugsweise umfasst die Steuerung einen Tiefpassfilter bzw. eine entsprechend geeignete Filtereinrichtung, wobei niederfrequente Änderungen einer Aktivierung des hydraulischen Bremssystems und hochfrequente Änderungen einer Aktivierung des elektrischen Systems zugeordnet sind. Beispielsweise kann ein vorbestimmbarer Frequenz-Schwellenwert dem hydraulischen Bremssystem zugeordnet sein, so dass bei einem Wert oberhalb des Tiefpass-Schwellenwertes die Hydraulikeinrichtung deaktiviert wird und der wenigstens eine Elektromotor eine modulierte Bremskraft erzeugt, und zwar in Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation des Fahrzeuges. Auch hierbei ist von Vorteil, dass das hydraulische Bremssystem, welches eher für niedrig-frequente Änderungen geeignet ist, deaktiviert werden kann und lediglich der Elektromotor die Funktion der Bremskrafterzeugung übernimmt. D.h., bei hochfrequenten Anteilen ist die Hydraulikeinrichtung deaktiviert, und der Elektromotor übernimmt die Modulation. Der Vorteil bei einer elektrischen Modulation ist eine relativ niedrige Geräuschentwicklung. Bei niederfrequenten Anteilen ist die Hydraulikeinrichtung aktiv, d.h. moduliert, wobei dann der Elektromotor maximal rekuperieren kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren erläutert, wobei:
1a und 1b jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach dem Stand der Technik zeigen;
1c und 1d jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach einem weiteren Stand der Technik zeigen;
1e und 1f jeweils eine zeitlich abhängige Auftragung von modulierter Gesamtbremskraft als Addition von elektrisch erzeugter Bremskraft und hydraulisch erzeugter Bremskraft nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigen; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
1a und 1b zeigen zur besseren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik jeweils ein Diagramm eines herkömmlichen Verfahrens, wobei in den Diagrammen jeweils auf einer Y-Achse 10 ein Rad-Drehmoment bzw. eine Bremskraft im zeitlichen Verlauf, angedeutet jeweils durch eine X-Achse 20, dargestellt sind.
Allgemein zeigen die Diagramme der 1b, 1d, 1f (untere Reihe) Fahrsituationen mit relativ geringem gefordertem Rad-Drehmoment, im Vergleich zu den Diagrammen der 1a, 1c, 1e (obere Reihe), wo jeweils ein relativ höheres Rad-Drehmoment gefordert wird, d.h. beispielsweise durch den Fahrer des Fahrzeuges durch Betätigung des Bremspedales.
In allen 1a bis 1f ist ein Schwellenwert 30 eingetragen, welcher die maximale durch einen Elektromotor erzeugte Bremskraft angibt.
Ausgehend von dem in 1a dargestellten Diagramm, wird eine "Standardsituation" gezeigt, d.h. die geforderte Bremskraft wird einerseits hydraulisch erzeugt, was durch den Bereich 40 angedeutet ist, andererseits durch einen Elektromotor, was durch den schraffierten Bereich 60 angedeutet ist, wobei die vom Elektromotor erzeugte Bremskraft kontinuierlich "am Anschlag", d.h. bis zu dem Schwellenwert 30, verläuft.
Wie an dem Diagramm in 1a zu erkennen ist, ist die hydraulisch erzeugte Bremskraft (Bereich 40) moduliert, beispielsweise durch einen ABS-Bremseingriff, was in 1a durch die "modulierte" Kurve 50 angedeutet ist.
Das in 1b dargestellte Diagramm zeigt, wie oben bereits erwähnt, eine Fahrsituation mit relativ geringer geforderter Bremskraft (d.h. geringes "µ"), wobei der Anteil der vom Elektromotor erzeugten Bremskraft an der Gesamtbremskraft, welche sich aus der Addition aus hydraulisch und elektrisch erzeugter Bremskraft ergibt, kontinuierlich relativ gering ist (schraffierter Bereich 60 in 1b), und die Modulation (angedeutet durch Kurve 50) der Gesamtbremskraft durch die hydraulisch erzeugte Bremskraft (Bereich 40) erzeugt wird.
Kennzeichnend für das in den Diagrammen der 1a und 1b dargestellte herkömmliche Verfahren ist, dass der Elektromotor nicht zur Modulation der Gesamtbremskraft beiträgt.
Die in den 1c und 1d dargestellten Diagramme zeigen ebenfalls ein Verfahren nach dem Stand der Technik (beschrieben in dem Dokument DE 44 35 953 A1 ), und zwar – zum besseren Vergleich – für die gleiche in Bezug auf 1a und 1b beschriebene Fahrsituation.
Der Unterschied dieses herkömmlichen Verfahrens im Vergleich zu dem mit Bezug auf 1a und 1b beschriebenen Verfahren ist der, dass nunmehr auch die vom Elektromotor erzeugte Bremskraft "moduliert" ist, was in den 1c und 1d jeweils mit einer Kurve 70 angedeutet ist, und zwar aufgrund der hydraulischen Modulation (Kurve 50).
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass, sofern verwendet, gleiche zuvor verwendete Bezugszeichen gleiche Komponenten/Bereiche/Größen in folgenden Figuren bzw. Diagrammen bedeuten sollen, auch wenn diese der Einfachheit halber nicht noch mal explizit erläutert werden.
Aus dem oben erwähnten Unterschied folgt, dass sich, mit Bezug auf das in 1c gezeigte Diagramm, ein punktierter Bereich 80 zwischen der Kurve 70 und dem Schwellenwert 30 ergibt, in welchem der Elektromotor bzw. in diesem Falle Generator keine rotatorische Energie rekuperieren kann, und somit in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert werden kann.
Ein weiterer Unterschied hinsichtlich der in den 1a und 1b gezeigten Diagrammen wird mit Bezug auf 1d ersichtlich, wo bei geringer geforderter Bremskraft (geringes "µ") lediglich mit der vom Elektromotor erzeugten und modulierten Bremskraft (schraffierter Bereich 60, Kurve 70) gebremst wird.
Die in den 1e und 1f dargestellten Diagramme sollen dazu dienen, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erläutern.
Im Unterschied zu den in den 1c und 1d dargestellten Diagrammen eines herkömmlichen Verfahrens ist in 1e der punktierte Bereich 80 kleiner als der in dem in 1c gezeigten Diagramm, was bedeutet, dass mehr Energie durch den Elektromotor/Generator rekuperiert werden kann, da die Modulation (Kurve 50) abschnittsweise (Abschnitte I und II in 1e) durch das hydraulische Bremssystem "übernommen" wird, was durch eine (hier nicht dargestellte) Steuerung gesteuert wird.
Das in 1f gezeigte Diagramm ist analog zu dem in 1d gezeigten Diagramm.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sich das Flussdiagramm aus drei Teilen A, B, C zusammensetzt.
In Teil A des Flussdiagramms in 2 werden in einem Schritt 100 die elektrisch und hydraulisch erzeugten Brems-Drehmomente T_em und T_hfb addiert. Die Summe daraus wird in einem Schritt 110 zu einem vorbestimmten Soll-Brems-Drehmoment T_target hinzuaddiert, was als Ergebnis ∆T ergibt. In einem Schritt 120 findet eine Abfrage statt, ob der Elektromotor in der Lage ist, ∆T zu erzeugen. Bei "Nein" verzweigt das Verfahren zu Schritt 130, wo ∆T_em auf das Maximum von ∆T_em,max gesetzt wird und ∆T_hfb auf die Differenz von ∆T und ∆T_em,max, d.h. ∆T_hfb = ∆T – ∆T_em,max. Bei "Ja" verzweigt das Verfahren zu Schritt 140, d.h. ∆T_em = ∆T und ∆T_hfb = 0, d.h. vollständige Änderungen können durch den Elektromotor durchgeführt werden.
In Teil B des Flussdiagramms werden die Summe aus T_em und T_hfb sowie die Soll-Größe T_target in einem Speicher 150 abgelegt, und in einem Schritt 160 tiefpassgefiltert, d.h. es werden nur Frequenzanteile der abgelegten Werte durchgelassen, die von einem vorbestimmten Tiefpassfilter durchgelassen werden: ∆T_lp(lp = low pass).
In einem Schritt 170 wird wiederum abgefragt, ob das hydraulische System in der Lage ist, ∆T_slow zu erzeugen, wobei sich "slow" auf die in den 1b, 1d, 1f dargestellte Fahrsituation bezieht. Diese Abfrage in Schritt 170 wird durchgeführt, da das hydraulische System für niederfrequente Anteile aktiv ist. Mit anderen Worten, wenn eine Frequenz niedrig ist und das hydraulische System aktivierbar ist, führt das hydraulische System die Modulation durch und es wird über den Elektromotor/Generator maximal rekuperiert (Abschnitte I und II in 1e).
Bei "Nein" verzweigt das Verfahren zu Schritt 180, d.h. ∆T_slow = 0. Bei "Ja" verzweigt das Verfahren zu Schritt 190, d.h. ∆T_slow = ∆T_lp.
Die in den Teilen A und B gesetzten Bedingungen (Schritte 130, 140, 180, 190) fließen (angedeutet durch die Pfeile D, E) in den Teil C des Flussdiagramms ein, wo sich aus Schritten 200, 210 ∆T_em und ∆T_hfb als Ergebnisse ergeben, die von einer Steuerung (nicht dargestellt) an das Bremssystem zur Umsetzung weitergegeben werden.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in den 1 bis 4 dargestellte Dimensionen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4435953 A1 [0002, 0028]

Claims

Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeuges, wobei ein Bremseingriff an wenigstens einem Rad des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei eine Gesamtbremskraft (11) für den Bremseingriff einerseits durch eine Hydraulikeinrichtung im Fahrzeug erzeugt wird, andererseits durch wenigstens einen dem einen Rad zugeordneten Elektromotor, welcher jederzeit unterstützend für die durch die Hydraulikeinrichtung erzeugte Bremskraft wirkt, wobei die Gesamtbremskraft (11) sowohl durch eine Modulation (50) einer durch die Hydraulikeinrichtung erzeugten Bremskraft als auch durch eine Modulation (70) der durch den Elektromotor erzeugten Bremskraft an dem wenigstens einen Rad erzeugt wird, wobei sich die Bremskraft der Hydraulikeinrichtung und die Bremskraft des Elektromotors zu der Gesamtbremskraft (11) addieren, und wobei ein Betrag der jeweiligen Bremskraft (12, 13) in Abhängigkeit von einer Fahrsituation des Fahrzeuges von einer Steuerung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei Nicht-Betreiben des wenigstens einen Elektromotors zur Erzeugung einer Bremskraft eine rotatorische Energie des mit dem Elektromotor gekoppelten Rades zur Speicherung in einem elektrischen Energiespeicher im Fahrzeug verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die Steuerung ein vorbestimmter Rad-Drehmoment-Schwellenwert vorgegeben wird, bis zu welchem eine durch den Elektromotor erzeugte Bremskraft für den Fall eines geforderten Bremseingriffs in modulierender Weise aktiv ist, während bei Nicht-Aktivität des die Bremskraft (13) bereitstellenden Elektromotors Energie durch den Elektromotor in der Art eines Generators in elektrischer Form gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei einem Überschreiten des vorbestimmten Rad-Drehmoment-Schwellenwertes (30) eine Bremskraft einschließlich einer Modulation (50) dieser Bremskraft (12) im Wesentlichen durch die Hydraulikeinrichtung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erzeugte Gesamtbremskraft (11) in Verbindung mit einem Fahrzeug-Assistenzsystem zur Stabilisierung eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges verwendet wird, und zwar in Verbindung mit ABS und/oder ESP und/oder ASR und/oder ACC und/oder SBC.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung bei niederfrequenten Anteilen eine Modulation der Hydraulikeinrichtung zuordnet, wobei der Elektromotor dann maximal rekuperieren kann, und bei hochfrequenten Anteilen eine Modulation dem Elektromotor zuordnet, während die Hydraulikeinrichtung deaktiviert ist.
Bremssystem für ein Fahrzeug mit Elektro- und/oder Hybrid-Elektroantrieb, wobei das Bremssystem des Fahrzeuges nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6 arbeitet.