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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeugs. Mittels des Verfahrens wird ein Übergang von einem Rekuperationsbremsen hin zu einem rein hydraulischen Bremsen gesteuert. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, durch welches das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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Falls bei einem Bremsvorgang eines Kraftfahrzeugs die Gesamtverzögerung oder Bremsbeschleunigung mit einem rekuperativen Anteil erzeugt wird, so bedeutet dies, dass die Gesamtverzögerung zumindest teilweise mittels einer elektrischen Maschine über ein Generatormoment erzeugt wird. Die Verzögerung durch das Generatormoment kann ergänzt werden durch eine Verzögerung, die mittels eines Bremskraftverstärkers über ein hydraulisches Bremssystem erzeugt wird. Der Bremsvorgang mit repkuperativem Anteil wird hier als Rekuperationsphase des Bremsvorgangs bezeichnet. Es gibt mehrere unterschiedliche Gründe, aus denen heraus die Rekuperationsphase beendet werden muss, weil beispielsweise eine Übertemperatur der elektrischen Maschine detektiert wurde oder ein elektrischer Speicher keine weitere Rekuperationsenergie aufnehmen kann. Dann wird zum Beenden der Rekuperationsphase das Generatormoment deaktiviert und nur noch rein hydraulisch gebremst.
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Bei Wegfall des Generatormoments muss zum Verzögerungserhalt der Bremsdruck im hydraulischen Bremssystem erhöht werden. Andernfalls wird der Fahrer durch das ruckartige Verringern der Gesamtverzögerung überrascht und es kann zu einer Fehleinschätzung beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs kommen.
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Aus der
DE 10 2009 027 998 A1 ist eine Hydraulikspeichereinrichtung bekannt, mittels welcher in einem hydraulischen Bremssystem der Bremsdruck unabhängig von der Pedalstellung des Bremspedals in Abhängigkeit vom momentan erzeugten Generatormoment eingestellt wird. Hierzu ist ein Hydraulikspeicher nötig, über welchen unabhängig von der Pedalstellung der Druck im hydraulischen Bremssystem variiert oder eingestellt werden kann. Insbesondere ist ein Hydraulikspeicher nötig, um den Druck im hydraulischen Bremssystem verringern zu können, falls ein Fahrer mittels des Bremspedals den hydraulischen Druck einstellen möchte, während gleichzeitig eine elektrische Maschine ein zusätzliches Generatormoment erzeugt. Hier muss der mittels des Bremspedals aufgebaute Bremsdruck durch Abführen von Bremsflüssigkeit in den Hydraulikspeicher wieder verringert werden, damit es nicht zu einer Akkumulation der Verzögerungen durch die Bremspedalbetätigung und das Generatormoment kommt.
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Die aus dem Stand der Technik bekannte Hydraulikspeichereinrichtung ist technisch sehr aufwendig und insbesondere bei preisgünstigen Kraftfahrzeugen aufgrund des technischen Aufwands nicht wirtschaftlich einsetzbar.
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Aus der
DE 10 2010 001 941 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Bremskraftverstärkers bekannt, durch welches beim Ausblenden eines Generators, d. h. beim Reduzieren des Generator-Bremsmoments während des rekuperativen Bremsens, die Unterstützungskraft des Bremskraftverstärkers erhöht wird, um so bei konstantem Betätigen des Bremspedals die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung einzuhalten. Um hierbei das Bremspedal ruhig zu halten, werden so genannte Plunger zum Ausgleichen eines Volumens der Bremsflüssigkeit verwendet, das aufgrund der vom Bremskraftverstärker bereitgestellten zusätzlichen Unterstützungskraft bewegt wird. Insgesamt wird ein neutrales Kraft-Weg-Verhalten des Bremspedals eingestellt. Zum Einstellen der vergrößerten Unterstützungskraft des Bremskraftverstärkers ist eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die mittels eines Steuersignals das wegfallende Generatormoment beim Ausblenden des Generators als zusätzliche Unterstützungskraft beim Bremskraftverstärker einstellt. Dies geschieht unabhängig von einem Pedalweg des Bremspedals, das lediglich zusätzlich berücksichtigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug ein technisch einfach zu realisierendes Rekuperationsbremssystem bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Ein Bremskraftverstärker erzeugt in Abhängigkeit von einem Pedalweg eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs eine vorbestimmte Verzögerung. Der Betrag der Verzögerung in Abhängigkeit von dem Pedalweg ist durch eine beim Bremskraftverstärker eingestellte Verstärkung oder einen Verstärkungswert festgelegt. Das Verfahren geht davon aus, dass bei einem Bremsvorgang eine Gesamtverzögerung des Kraftfahrzeugs, also die Abbremskraft oder Geschwindigkeitsverringerung, in einer Rekuperationsphase zumindest teilweise mittels einer elektrischen Maschine über ein Generatormoment erzeugt wird. Am Ende der Rekuperationsphase aber noch während des Bremsvorgangs schließt sich an die Rekuperationsphase eine Phase an, die hier als Ausblendphase bezeichnet ist. In der Ausblendphase wird das Generatormoment deaktiviert und die Gesamtverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels des Bremskraftverstärkers über ein hydraulisches Bremssystem erzeugt. Da sowohl der Betrag des Generatormoments als auch der Bremskraftverstärker über das Bremspedal bedient werden, hat der Fahrer somit während der Rekuperationsphase seinen Fuß auf dem Bremspedal und hat dieses um einen vorbestimmten Pedalweg verschoben oder verlagert. Hierzu wendet der Fahrer eine bestimmte Pedalkraft auf. Wird nun das Generatormoment beim Wechsel zur Ausblendphase deaktiviert, so müsste der Fahrer durch Vergrößern der Pedalkraft das weggefallene Generatormoment kompensieren, damit die Gesamtverzögerung weiterhin gleich bleibt.
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Um dem Fahrer die Notwendigkeit einer ruckartigen Vergrößerung der Pedalkraft zu ersparen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei dem Bremskraftverstärker mit dem Wechsel von der Rekuperationsphase zur Ausblendphase der Verstärkungswert oder kurz die Verstärkung beim Bremskraftverstärker vergrößert wird. Mit anderen Worten wird der Verstärkungswert, durch welchen ein Pedalweg des Bremspedals der vom Bremskraftverstärker erzeugten Verzögerung zugeordnet wird, vergrößert.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer die von ihm mit dem Fuß auf das Bremspedal ausgeübte Pedalkraft nur geringfügig oder idealerweise überhaupt nicht verändern muss und dennoch durch die vergrößerte Verstärkung des Bremskraftverstärkers seine Pedalkraft in eine vergrößerte Verzögerung umgesetzt wird. Zum Aufrechterhalten der Gesamtverzögerung ist es somit nicht nötig, dass der Fahrer schnell genug auf das Deaktivieren des Generatormoments reagiert. Hierdurch ergibt sich mit geringem technischen Aufwand, nämlich dem Verstellen oder Verändern der Verstärkung, ein aufwandsarmes rekuperatives Bremsen. Da es sich bei einem elektromechanischen Bremskraftverstärker um eine Aktoreinrichtung ohne eigenen Bremskolben handelt, sondern um einen elektromechanischen Antrieb desjenigen Kolbens, der mittels des Pedals vom Fahrer über eine Druckstange direkt betätigt wird, kann es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sein, dass zum Vergrößern des Bremsdrucks der Fahrer den Pedalweg vergrößern muss, das heißt das Pedal weiter eintreten muss, damit das Generatormoment kompensiert wird, also die Gesamtverzögerung aufrecht erhalten wird. Dies kann der Fahrer aber aufgrund der vergrößerten Verstärkung mit derselben Pedalkraft ausführen, die er bereits während der Rekuperationsphase aufgebracht hat. Mit anderen Worten kann das Hydraulikvolumen im hydraulischen Bremssystem bei gleicher Fußbremskraft nachgestellt werden.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche technische Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung wird in der Ausblendphase die Verstärkung auf einen Wert eingestellt, durch welchen sich dieselbe Gesamtverzögerung wie in der Rekuperationsphase ergibt, falls das Bremspedal mit der gleichen Pedalkraft beaufschlagt wird, wie in der Rekuperationsphase. Mit anderen Worten wird der Wert für die Verstärkung in Abhängigkeit von der in der Rekuperationsphase erzeugten Gesamtverzögerung eingestellt. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer nicht mit einer Veränderung seiner Muskelkraft auf den Übergang von der Rekuperationsphase zur Ausblendphase reagieren muss. Damit bleibt die Gesamtverzögerung übergangsfrei oder konstant. Ein Wert der Gesamtverzögerung kann beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors ermittelt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird in der Ausblendphase die Verstärkung in Abhängigkeit von einem Wert des in der Rekuperationsphase erzeugten Generatormoments eingestellt. Mit anderen Worten wird ermittelt, welchen Beitrag an der Gesamtverzögerung das Generatormoment hatte oder beigetragen hat. Dann kann ermittelt werden, um welchen Faktor die Verstärkung vergrößert werden muss, damit das Generatormoment nach dessen Aktivierung durch den Bremskraftverstärker kompensiert werden kann. Hierdurch kann in der beschriebenen Weise die Gesamtverzögerung konstant gehalten werden.
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Gemäß einer Weiterbildung handelt es sich bei dem Bremskraftverstärker um ein System, das keine Hydraulikspeichereinrichtung hat. Mit anderen Worten handelt es sich um ein nicht-blendfähiges Bremssystem. Damit unterscheidet sich der Bremskraftverstärker im besonderen Maße von dem eingangs erwähnten Hydraulikspeicher aus dem Stand der Technik. In der Rekuperationsphase wird somit die durch den Bremskraftverstärker erzeugte Verzögerung unabhängig von dem Generatormoment eingestellt. Damit sind keine technisch aufwendigen Kopplungsmaßnahmen nötig, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind.
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Dennoch ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass auch in der Rekuperationsphase die Gesamtverzögerung teilweise mittels des Bremskraftverstärkers erzeugt wird. Hierdurch kann auch bei einer besonders großen Gesamtverzögerung noch rekuperative Energie mittels der elektrischen Maschine rückgewonnen werden. Es ist somit nicht nötig, die elektrische Maschine nur für Bremsvorgänge mit einer Gesamtverzögerung kleiner als ein Schwellenwert und im Übrigen ausschließlich den Bremskraftverstärker ohne Generatormoment zu nutzen.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist die elektrische Maschine zum Erzeugen einer Verzögerung über ein Generatormoment bei einem Bremsvorgang auf. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug den elektromechanischen Bremskraftverstärker zum Erzeugen einer Verzögerung über ein hydraulisches Bremssystem auf. Entsprechende elektrische Maschinen und elektromechanische Bremskraftverstärker sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist eine Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann hierbei als ein Steuergerät ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor umfassen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Maschine durch eine Hybrid-Antriebseinrichtung bereitgestellt. Mit anderen Worten wird eine elektrische Maschine, die zum Zwecke des Antriebs des Kraftfahrzeugs genutzt wird, auch zum Erzeugen der Verzögerung mittels Generatormoment genutzt. Hierdurch können besonders große Generatormomente erzeugt werden, was bei der Verwendung von 12-Volt-Generatoren oder Lichtmaschinen nicht in demselben Maße der Fall ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und
- 2 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Kenngrößen eines Bremssystems des Kraftfahrzeugs von 1.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich um einen Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen handeln kann. Dargestellt sind ein Verbrennungsmotor 2, eine elektrische Maschine 3, ein Bremspedal 4, ein Bremskraftverstärker 5, eine Steuereinrichtung 6, Scheibenbremsen 7. Die Brennkraftmaschine 2 kann beispielsweise ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Die elektrische Maschine 3 kann beispielsweise eine Synchronmaschine sein. Die Brennkraftmaschine 2 und die elektrischen Maschine 3 stellen beispielsweise ein Hypbrid-Antriebssystem H dar. Die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 sind in dem Beispiel über Wellen 8 und ein Differenzial 9 mit Antriebsrädern 10 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt, von denen in 1 nur eines dargestellt ist. Die in 1 dargestellte Anordnung aus Brennkraftmaschine 2 und elektrischer Maschine 3 ist aber nur beispielhaft. Es ist jede andere Anordnung ebenfalls mit der Erfindung kombinierbar.
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Der Bremskraftverstärker 5 ist über Hydraulikleitungen 11 mit den Scheibenbremsen 7 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 6 kann mit der elektrischen Maschine 3 und dem Bremskraftverstärker 5 gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung 6 kann beispielsweise als ein Steuergerät für den Bremskraftverstärker 5 ausgestaltet sein.
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In dem veranschaulichten Beispiel fährt oder rollt das Kraftfahrzeug 1 auf einer Straße 12 mit einer Fahrgeschwindigkeit V. Ein (nicht dargestellter) Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 möchte das Kraftfahrzeug 1 abbremsen. Hierzu betätigt er das Bremspedal 4, das heißt er erzeugt eine Pedalkraft F mit der er das Bremspedal 4 beaufschlagt. Hierdurch wird das Bremspedal 4 aus einer Ruhestellung 13 um einen Pedalweg S ausgelenkt. Ein Wegsensor 14, wie er an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann dem Bremskraftverstärker 5 die Auslenkung des Bremspedals 4, d.h. den Pedalweg S, signalisieren. Durch das Bremspedal 4 und den Bremskraftverstärker 5 wird ein Bremsdruck P in den Hydraulikleitungen 11 in Abhängigkeit von dem Pedalweg S eingestellt. Eine Druckeingangsstange B des Bremskraftverstärkers 5 ist über den Sensor 14 mit dem Bremspedal 4 an einer Eingangsseite und mit der Hydraulik an der Ausgangsseite verbunden. Die Steuerung 15 kann durch eine elektronische Schaltung des Bremskraftverstärkers 5 gebildet sein. Der Bremskraftverstärker 5 verstärkt hierbei den durch das Bremspedal 4 erzeugten Anteil des Bremsdrucks P um einen Verstärkungsfaktor oder eine Verstärkung A. Hierzu kann eine Steuerung 15 in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 14 in an sich bekannter Weise einen Aktor 16 des Bremskraftverstärkers 5 ansteuern.
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In Abhängigkeit von dem Bremsdruck P erzeugen die Scheibenbremsen 7 eine Verzögerung D. Insgesamt ist somit durch den Bremskraftverstärker 5, die Hydraulikleitungen 11 und die Scheibenbremsen 7 ein hydraulischen Bremssystems 17 dargestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug 1 ist zusätzlich eine rekuperative Bremsung möglich. Hierzu wird beispielsweise in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 14 mittels der elektrischen Maschine 3 in an sich bekannter Weise elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs 1 gewonnen. Es ergibt sich eine Rekuperationsphase des Bremsvorganges. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verzögerung E, die durch ein Generatormoment 18 bewirkt wird, das von der elektrischen Maschine 3 im Generatorbetrieb erzeugt wird und das auf die Wellen 8 wirken kann. Insgesamt wirkt auf das Kraftfahrzeug 1 somit eine Gesamtverzögerung G, die sich aus der Verzögerung D und der Verzögerung E ergibt. Hierdurch wird die Fahrgeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs 1 verringert.
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In der Rekuperationsphase kann bei dem Bremskraftverstärker 5 die Verstärkung A auf einen Wert A1 eingestellt sein, der beispielsweise durch die Steuereinrichtung 6 in dem Bremskraftverstärker 5 festgelegt worden sein kann.
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Während des Bremsvorganges kann von der Rekuperationsphase in eine Ausblendphase gewechselt werden, in welcher das Generatormoment 18 deaktiviert ist, das heißt die elektrische Maschine 3 erzeugt keine Verzögerung E mehr. Somit wird allein über den Bremsdruck P die Verzögerung D zum Verzögern des Kraftfahrzeugs 1, das heißt zum Bereitstellen der Gesamtverzögerung G genutzt. Beim Übergang kann der Fahrer aber die Gesamtverzögerung G beibehalten, ohne dass er hierzu die Pedalkraft F ändern muss. Hierzu wird durch die Steuereinrichtung 6 beim Wechsel zwischen der Rekuperationsphase und der anschließenden Ausblendphase der Wert A1 für die Verstärkung A in einen Wert A2 geändert, durch welchen sich eine vergrößerte oder größere Verstärkung A des Bremskraftverstärkers 5 ergibt als in der Rekuperationsphase. Mit anderen Worten wird die Verstärkung A in Abhängigkeit von einem Aktivzustand der elektrischen Maschine 3 als Erzeuger für das Generatormoment 18 eingestellt.
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2 veranschaulicht hierzu, wie durch das Einstellen der Verstärkung A von dem A1 auf den Wert A2 ohne zusätzlichen Kraftaufwand bei der Pedalkraft F dennoch eine Gesamtverzögerung G bereitgestellt werden kann, die der in der Rekuperationsphase erzeugten Gesamtverzögerung entspricht.
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2 zeigt Abhängigkeiten zwischen der Pedalkraft F, der Verzögerung D durch den Bremskraftverstärker 5, dem Bremsdruck P und dem Pedalweg S. Beispielhaft dargestellt ist ein Betriebspunkt 19, in welchem sich das Bremssystem 17 befinden kann, während der Wechsel zwischen den Rekuperationsphase und der Ausblendphase stattfindet. Die Verstärkung A sei auf den Verstärkungswert A1 eingestellt. Durch Wechseln von dem Wert A1 auf den Wert A2 kann der Fahrer mit gleicher Pedalkraft F eine Pedalverschiebung 20 bewirken, durch welche das Bremspedal 4 weiter niedergetreten oder aus der Ruhelage 13 weg bewegt wird. Hierdurch ergibt sich eine Druckerhöhung 21 des hydraulischen Bremsdrucks P. Die Druckerhöhung 21 bewirkt eine Vergrößerung 22 der Verzögerung D, die durch den Bremskraftverstärker 5 bewirkt wird. So muss der Fahrer zwar das Bremspedal 4 gemäß der Pedalverschiebung 20 weiter niedertreten, bedarf hierbei aber derselben Pedalkraft F, wie in der Rekuperationsphase. Somit ist es ohne zusätzlichen Kraftaufwand dem Fahrer ermöglicht, die Gesamtverzögerung G beizubehalten, nachdem das Generatormoment 18 deaktiviert ist oder weggefallen ist.
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Bei dem Bremssystem 17 kann es sich um ein nicht-blendfähiges Bremssystem handeln, das heißt es kann weiterhin eine direkte Verstärkung des mittels des Bremspedals 4 erzeugten Bremsdruckes durch den Bremskraftverstärker 5 erfolgen. Das Generatormoment 18 kann additiv überlagert werden, ohne dass hierbei eine Anpassung des Bremsdruckes P in Abhängigkeit von dem Generatormoment und ohne eine Veränderung des Bremspedals 4 vorgesehen ist. Somit ist keine Hydraulikspeichereinrichtung nötig. Damit ist die Gesamtbremswirkung bei Deaktivieren des Generatormoments 18 zunächst nicht konstant. Bei dem Kraftfahrzeug 1 wird aber dies ausgeglichen. Hierzu wird eine Erhöhung in der Bremskraftverstärkung bewirkt, was bei gleicher Pedalkraft F zu einer höheren hydraulischen Bremswirkung führt. Somit kann bei Wegfall des Generatormoments der Fahrer in seiner Wunschverzögerung besser adaptieren, wobei er keine zusätzliche Kraft aufwenden muss.
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Es ergibt sich eine Unterstützung des Fahrers in der Adaption der Gesamtverzögerung G nach dem Wegfall des Generatormoments 18. Mittels Anhebung der Verstärkung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 5, kann bei gleichbleibender Fußbremskraft das Hydraulikvolumen nachgestellt werden und somit eine höhere Fahrzeugverzögerung erreicht werden. Dabei kann ein konstanter Kraftbedarf am Bremspedal sichergestellt werden und es ist nur eine Änderung des Bremspedalwegs hin zu einer tieferen Position nötig. Durch Wegfall der aufwendigen Ausgleichskomponenten ergibt sich eine Kostenreduktion und eine Reduzierung der Applikationsaufwendungen für die Überblendfunktion, wie sie bei einer Abhängigkeit des Generatormoments 18 und dem Hydraulikdruck P nötig wäre. Bei dem Kraftfahrzeug 1 können Hydraulikbremsdruck P und Generatormoment 18 in der Rekuperationsphase unabhängig voneinander sein, falls das Bremspedal 4 eine unveränderte Stellung aufweist.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine technisch einfach zu realisierende Rekuperationsbremse bereitgestellt werden kann.
