DE102013208325A1

DE102013208325A1 - Verfahren zum Steuern des Aufbaus eines von einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs erzeugten generatorischen Bremsmoments

Info

Publication number: DE102013208325A1
Application number: DE102013208325.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Toelge
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: DE102013208325B4

Abstract

Verfahren zum Steuern des Aufbaus eines von einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs erzeugten generatorischen Bremsmoments (MGen), wobei ein generatorisches Bremsmoment aufgebaut wird, wenn der Fahrer ausgehend von einer momentanen Betätigungsstellung eines Fahrpedals die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt. Das generatorische Bremsmoment wird bei einer höheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs langsamer aufgebaut als bei einer geringeren Geschwindigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei modernen Fahrzeugen wird in Schubphasen des Fahrzeugs mittels einer elektrischen Maschine mechanische Energie generatorisch rekuperiert und in elektrische Energie umgewandelt. Insbesondere bei reinen Elektrofahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen, die konzeptbedingt mit sehr leistungsfähigen elektrischen Maschinen ausgestattet sind, kann in Schubphasen ein beachtlicher Anteil der kinetischen Energie des Fahrzeugs rekuperiert werden kann. Die Rekuperation setzt ein, wenn der Fahrer das Fahrpedal teilweise oder ganz entlastet und das Fahrzeug in den Schubzustand übergeht. Bei reinen Elektrofahrzeugen kann über die verschleißfreie „generatorische Bremse” in vielen bzw. in den meisten Fahrzuständen allein durch „Entlasten des Fahrpedals” eine hinreichende Bremswirkung aufgebracht werden, ohne dass die Betriebsbremse (Reibbremse) des Fahrzeugs betätigt werden muss.
Untersuchungen an Elektrofahrzeugen, wie z. B. dem von der BMW Group vorgestellten „Mini E” haben gezeigt, dass der subjektiv empfundene Fahrkomfort solcher Fahrzeuge u. a. von der Art und Weise, in der beim „Gaswegnehmen” das generatorische Bremsmoment aufgebaut wird, abhängt.
Es wurde festgestellt, dass beim Gaswegnehmen ein Schubrekuperationsaufbau, dessen Verlauf für alle Fahrzustände gleich ist, nicht immer zur jeweiligen Verkehrssituation passt und möglicherweise als „unnatürlich” empfunden wird. In bestimmten Verkehrssituationen kann der Fahrer möglicherweise sogar überrascht werden, wenn der Gradient, mit dem sich das generatorische Bremsmoment beim Gaswegnehmen aufbaut, zu steil ist. Ein zu flacher Gradient hingegen stünde dem Ziel ein möglichst hohes Einsparpotential zu realisieren, entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern des Aufbaus eines von einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs erzeugten generatorischen Bremsmoments anzugeben, das vom Fahrer als möglichst komfortabel bzw. „natürlich” empfunden wird.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, den Aufbau des generatorischen Bremsmoments beim „Gaswegnehmen” geschwindigkeitsabhängig zu gestalten.
Konkret ist vorgesehen, dass das generatorische Bremsmoment bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit, bzw. bei einer höheren Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Geschwindigkeit, bei der das generatorische Bremsen eingeleitet wird), nach einem vollständigen Gaswegnehmen langsamer aufgebaut wird, als bei einer geringeren Geschwindigkeit bzw. Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
Das Gasgeben bzw. Gaswegnehmen erfolgt über ein Steuerorgan, bei dem es sich z. B. ähnlich wie bei herkömmlichen Fahrzeugen um ein Fahrpedal handeln kann. Prinzipiell ist die Erfindung aber auch im Zusammenhang mit anderen Fahrzeugen, wie z. B. Motorrädern, anwendbar, bei denen das Steuerorgan z. B. durch einen Gasdrehgriff gebildet ist. Unter dem oben eingeführten Begriff „vollständiges Gaswegnehmen” ist zu verstehen, dass der Fahrer das Steuerorgan nicht betätigt, wodurch das Steuerorgan (selbsttätig) in einen vorgegebenen Grundzustand übergeht. Bezogen auf ein „Gaspedal”/”Fahrpedal” bedeutet dies, dass der Fahrer seinen Fuß vom Pedal nimmt und das Pedal in seinen Grund- bzw. Leerlaufzustand zurückgeht.
Gemäß der Erfindung ist somit vorgesehen, dass, wenn der Fahrer das Steuerorgan bzw. das Fahrpedal schlagartig entlastet, die Schubrekuperation sich in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. von der Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs unterschiedlich schnell aufbaut. Gemäß der Erfindung baut sich die Schubrekuperation bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten langsamer auf, als bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Mit der Erfindung wird vermieden, dass der Fahrer durch eine eventuell als zu heftig empfundene generatorische Bremsreaktion überrascht wird. Gerade bei schnellerer Fahrt (z. B. auf der Autobahn) verringert sich so auch die Gefahr eines durch den Hintermann verursachten Auffahrunfalls, da, wie bereits erwähnt, das generatorische Bremsmoment bei höheren Geschwindigkeiten bewusst langsamer aufgebaut wird als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Der Fahrer hat somit ein gewisses „Zeitfenster” zu reagieren (z. B. das Fahrpedal wieder etwas durchzudrücken), sofern er ungewohnt schnell vom Fahrpedal gegangen ist. Im Stadtverkehr, d. h. bei geringeren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist hingegen ein schneller Aufbau des generatorischen Bremsmoments eher erwünscht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist für mehrere Ausgangsgeschwindigkeiten oder für mehrere Ausgangsgeschwindigkeitsbereiche jeweils eine zeitabhängige Funktion vorgegeben, gemäß der das generatorische Bremsmoment aufgebaut wird. Es kann also eine ganze Schar von Funktionen für unterschiedliche Ausgangsgeschwindigkeiten bzw. unterschiedliche Ausgangsgeschwindigkeitsbereiche vorgegeben sein.
Jede der Funktionen definiert für eine bestimme Fahrzeuggeschwindigkeit oder einen bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich den Aufbau des generatorischen Bremsmoments über der Zeit und zwar ausgehend von dem Zeitpunkt, in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt. Die einzelnen Funktionen beschreiben somit den Aufbau des generatorischen Bremsmoments vom Zeitpunkt, in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt bis zu dem Zeitpunkt, in dem das über die vollständige Entlastung des Steuerorgans bzw. Fahrpedal angeforderte generatorische Bremsmoment oder ein maximal erreichbares generatorisches Bremsmoment erreicht ist.
Das angeforderte generatorische Bremsmoment kann auch als „maximales geratorisches Bremsmoment” bezeichnet werden. Es kann vorgesehen sein, dass das „maximale generatorische Bremsmoment” von der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. von der Drehzahl der elektrischen Maschine abhängig ist. Je nach Definition kann bei einem Fahrzeug mit einem Automatik- oder Schaltgetriebe das maximale generatorische Bremsmoment somit von der aktuellen Gangübersetzung abhängig sein.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
1 zeigt ein Diagramm, auf dem auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate das von einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs generatorisch erzeugte Bremsmoment M_Gen aufgetragen ist. Bei der elektrischen Maschine kann es sich z. B. um eine über einen Riementrieb mit einem Verbrennungsmotor gekoppelte „Lichtmaschine” handeln oder, im Falle eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, um eine elektrische Maschine, mit der das Fahrzeug antreibbar ist (Fahrzeugvortrieb erzeugende elektrische Maschine).
In der Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine ist ein Steuer- bzw. Regelkennfeldfeld mit einer Schar von Steuer- bzw. Regelfunktionen 1, 2, 3 gespeichert.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Steuer- bzw. Regelfunktionen um Geraden, wobei die Gerade 1 einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gerade 2 einer etwas höheren zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gerade 3 einer noch etwas höheren dritten Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet ist.
Wenn der Fahrer im Zeitpunkt t₀ das Gaspedal ganz entlastet, geht das Fahrzeug in den Schubbetrieb über. In Abhängigkeit von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit wird gemäß einer im Steuergerät abgelegten Steuer- bzw. Regelfunktionen, z. B. gemäß der Funktion (Geraden) 2, ein generatorisches Bremsmoment aufgebaut.
Wie anhand der Steigung der Funktionen (Geraden) 1, 2, 3 ersichtlich ist, wird bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit/Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs das generatorische Bremsmoment langsamer aufgebaut als bei einer niedrigeren Geschwindigkeit. Dementsprechend ist die Steigung der Funktion der Gerade 3 geringer als die einer geringeren Fahrzeuggeschwindigkeit/Ausgangsgeschwindigkeit zugeordneten Geraden 2 bzw. die einer noch geringen Fahrzeuggeschwindigkeit/Ausgangsgeschwindigkeit zugeordneten Geraden 1.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit/Ausgangsgeschwindigkeit wird somit beim Wegnehmen von Gas, d. h. beim vollständigen Entlasten des Gaspedals, ein generatorisches Bremsmoment M_Gen gemäß einer der in der elektronischen Steuerung bzw. Regelung abgelegten Funktionen aufgebaut, bis das maximal erreichbare oder das über die Stellung des Gaspedals angeforderte maximale generatorische Bremsmoment M_{Gen, max} erreicht ist, wenn der Fahrer das Gaspedal wieder betätigt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem exemplarisch ebenfalls drei Steuer- bzw. Regelfunktionen 1, 2, 3, die jeweils aus den Kurvenabschnitten 1a, 1b bzw. 2a, 2b, bzw. 3a, 3b gebildet sind, dargestellt sind.
Beim Anfordern eines generatorischen Bremsmoments (z. B. durch vollständiges Entlasten eines Fahrpedals) wird je nach Geschwindigkeit das generatorische Bremsmoment gemäß einer der in der elektronischen Steuerung bzw. Regelung gespeicherten Funktionen, z. B. gemäß der „Bremsmomentaufbaufunktion” 2a, 2b, aufgebaut. Auch hier ist es so, dass das Bremsmoment umso verzögerter bzw. langsamer aufgebaut wird, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Ausgehend vom Zeitpunkt t₀, d. h. dem Zeitpunkt, in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt, wird das generatorische Bremsmoment z. B. gemäß der Funktion 3 aufgebaut, wobei zunächst entsprechend dem Kurvenabschnitt 3a das Bremsmoment nur leicht progressiv ansteigend, d. h. allmählich erhöht wird. Mit Erreichen eines bestimmten, vorgegebenen Gradienten wird das Bremsmoment dann weiter entsprechend dem Kurvenabschnitt 3b linear erhöht, bis das maximal erreichbare bzw. bis das maximal angeforderte generatorische Bremsmoment M_{Gen, max} erreicht ist.
Je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, umso länger ist die Zeitdauer, in der das Bremsmoment relativ langsam progressiv ansteigend aufgebaut wird (Kurvenabschnitte 1a, 2a, 3a).
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ausgehend von dem Zeitpunkt t₀, in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt, zunächst für eine gewisse Totzeit [t₀, t₁] kein generatorisches Bremsmoment aufgebaut wird.
Ab dem Zeitpunkt t₁ wird ein generatorisches Bremsmoment entsprechend dem Kurvenabschnitt 1a linear ansteigend aufgebaut, bis ein vorgegebenes generatorisches Bremsmoment M₁ erreicht ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Bremsmoment M₁ in etwa dem Bremsmoment eines im Schubbetrieb mitgezogenen Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs entspricht. Das generatorische Bremsmoment M₁ wird für eine Zeitdauer [t₂, t₃] aufrecht erhalten.
Ab dem Zeitpunkt t₃ wird das generatorische Bremsmoment entsprechend dem Kurvenabschnitt 1c weiter linear erhöht, bis das maximale generatorische Bremsmoment M_{Gen, max,} erreicht ist.
Wenngleich in 3 lediglich eine einzige Steuer- bzw. Regelfunktion dargestellt ist, können in der elektronischen Steuer- bzw. Regelelektronik des Fahrzeugs natürlich eine ganze Schar derartiger Steuer- bzw. Regelfunktionen für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeitsbereiche abgelegt sein.

Claims

Verfahren zum Steuern des Aufbaus eines von einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs erzeugten generatorischen Bremsmoments, wobei ein generatorisches Bremsmoment (M_Gen) aufgebaut wird, wenn der Fahrer ausgehend von einer momentanen Betätigungsstellung eines Steuerorgans, insbesondere eines Fahrpedals, die Betätigung des Steuerorgans ganz zurücknimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das generatorische Bremsmoment (M_Gen) bei einer höheren Geschwindigkeit, insbesondere bei einer höheren Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, langsamer aufgebaut wird als bei einer geringeren Geschwindigkeit, insbesondere bei einer geringeren Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Ausgangsgeschwindigkeiten oder für mehrere Ausgangsgeschwindigkeitsbereiche jeweils eine zeitabhängige Funktion (1, 2, 3) vorgegeben ist, gemäß der das generatorische Bremsmoment (M_Gen) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Funktionen (1, 2, 3) für eine bestimmte Ausgangsgeschwindigkeit oder für einen bestimmten Ausgangsgeschwindigkeitsbereich den Aufbau des generatorischen Bremsmoments (M_Gen) über der Zeit (t) definiert und zwar ausgehend von einem Zeitpunkt t₀, in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Funktionen (1, 2, 3) den zeitlichen Aufbau des generatorischen Bremsmoments (M_Gen) bis zum Erreichen eines maximalen generatorischen Bremsmoments (M_{Gen, max}) beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das maximale generatoriche Bremsmoment (M_{Gen, max}) von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Funktionen (1, 2, 3) zumindest einen Abschnitt konstanter Steigung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Funktionen (1, 2, 3) um eine Schar von Geraden handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zeitpunkt (t₀), in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals ganz zurücknimmt, eine Totzeit ([t₀, t₁]) vorgesehen ist, innerhalb der zunächst kein generatorisches Bremsmoment (M_Gen) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Totzeit ([t₀, t₁]) von der Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Funktionen (1, 2, 3) von dem Zeitpunkt (t₀), in dem der Fahrer die Betätigung des Fahrpedals teilweise oder ganz zurücknimmt, einen progressiv ansteigenden Funktionsabschnitt (1a, 2, 3a) aufweist, der in einen Geradenabschnitt (1b, 2b, 3b) übergeht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Funktionen einen ersten Geradenabschnitt (1a) aufweist, gemäß dem ein generatorisches Bremsmoment bis zu einem ersten vorgegebenen Bremsmoment (M₁) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste generatorische Bremsmoment (M₁) für eine vorgegebene Zeitdauer ([t₂, t₃]) aufrechterhalten wird und das generatorische Bremsmoment (M_Gen) anschließend entlang eines zweiten Geradenabschnitts (1c) weiter aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug um ein von der elektrischen Maschine antreibbares Elektro- oder Hybridfahrzeug handelt.