DE102016217680A1

DE102016217680A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie und einer Bremsanlage

Info

Publication number: DE102016217680A1
Application number: DE102016217680.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Geuß
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einer Traktionsbatterie (5) und einer Bremsanlage (2), wobei die Bremsanlage (2) zumindest eine Reibbremse (3), deren Reibflächen entweder durch eine fahrerveranlasste Bremsbetätigung oder durch eine fahrerunabhängige Bremsbetätigung in Reibkontakt mit entsprechenden Bremsbelägen (4) gebracht werden können, wobei die fahrerunabhängige Bremsbetätigung bei Vorliegen mindestens eines Reinigungskriteriums mit einem definierten Druck über eine definierte Zeitspanne erfolgt, und eine als Generator betreibbare elektrische Maschine, die in einem Rekuperationsbetrieb die Traktionsbatterie (5) auflädt, umfasst, wobei das Reinigungskriterium über eine Vorausschauzeitspanne durch Abschätzung ermittelt wird und wobei das Reinigungskriterium vorliegt falls die durch Bremsbetätigung in die Reibbremse (3) eingebrachte Energiemenge während der Vorausschauzeitspanne einen Schwellwert unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie und einer Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Bremsanlage dient im Fahrzeug zur Verlangsamung der Fahrt und besteht in der Regel aus radseitig angeordneten Reibbremsen, deren Reibflächen mit in einem Bremssattel verschiebbar gehaltenen Bremsbelägen zur Verringerung der Winkelgeschwindigkeit der Reibbremsen zusammenwirken können. Als Reibbremsen sind in diesem Zusammenhang unter anderem Bremsscheiben oder Bremstrommeln zu verstehen. Die Bremsanlage wird in erster Linie durch den Fahrer betätigt, indem dieser auf das Bremspedal drückt und sich somit ein Bremsdruck in der Bremsanlage aufbaut, der die Bremsbeläge auf die Reibflächen der entsprechenden Reibbremse drückt. Die Bremsanlage kann aber auch fahrerunabhängig betätigt werden. Dies geschieht unter anderem dann, wenn eine Steuereinheit Korrosionsprodukte, also Rost, auf den Reibflächen vermutet. Zur Beseitigung der Korrosionsprodukte werden die Bremsbeläge fahrerunabhängig an den Reibflächen angelegt (sog. „Bremsscheibenputzen“). Dabei besteht ein Zielkonflikt zwischen guter Reinigungsleistung, die ein relativ häufiges Anlegen mit höheren Bremsdrücken erfordern würde, und dem Bestreben den Vorgang für den Fahrer unmerklich ablaufen zu lassen, was ein selteneres Anlegen mit geringeren Bremsdrücken leisten würde. Besonders bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ist, aufgrund der seltener verwendeten Reibungsbremsen durch den Rekuperationsbetrieb, die Korrosion der Reibpartner der Bremsanlage ein Problem.
Die DE 10 2012 222 349 A1 offenbart ein Verfahren zum Verhindern unerwünschten Rostwuchses an Fahrzeug-Bremsscheiben durch Betätigung der Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, wobei eine für das Kraftfahrzeug zuständige Person durch eine elektronische Überwachungseinheit darauf hingewiesen wird, dass das stillgesetzte Kraftfahrzeug wegen der Gefahr von unerwünschtem Rostwuchs an den Bremsscheiben in Betrieb genommen werden sollte. In einer bevorzugten Ausführung wird der entsprechende Hinweis auf eine empfohlene Inbetriebnahme des stillgesetzten Kraftfahrzeugs aufgrund einer oder mehrerer der folgenden Randbedingungen ausgelöst:

– zeitliche Länge der Stillstandphase des Kraftfahrzeugs;
– Örtlichkeit der Stillstandphase des Kraftfahrzeugs;
– klimatische Bedingungen der Stillstandphase des Kraftfahrzeugs
– Intensität der Betätigung der Bremsanlage in einer oder mehreren zeitlich vorangegangenen Nutzungsphase(n) des Kraftfahrzeugs.

Die gattungsbildende DE 10 2010 000 823 A1 zeigt ein Verfahren zum Entfernen von Rost auf Bremsscheiben eines Fahrzeugs, bei dem Fahrzeugbremsen automatisch betätigt werden, wenn zumindest ein ermittelter Fahrzeugparameter eine jeweils vorgegebene Aktivierungsbedingung erfüllt, um Rost auf Bremsscheiben der Fahrzeugbremsen zu entfernen. Als Fahrzeugparameter werden unter anderem der Bremsdruck, eine Zeitinformation für Betriebsdauer oder Stillstandszeit, ein Zündzyklus-Zählerstand, die Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Motormoment des Fahrzeugmotors vorgeschlagen. Mit diesen Parametern soll primär herausgefunden werden, wann eine Rostentfernung aufgrund einer vermuteten Menge Rosts auf den Bremsscheiben Sinn machen könnte.
Nach dem Stand der Technik wird eine automatische Rostentfernung durch leichtes Anlegen der Bremsbeläge auf den entsprechenden Bremsscheiben dann durchgeführt, wenn eine kritische Menge an Rost vermutet wird. Der Vorgang der Rostentfernung erhöht durch die dabei schleifenden Bremsbeläge den Fahrwiderstand und/oder vermindert die rekuperative Verzögerung durch verstärktes Nutzen der Reibbremse, was der Energieeffizienz des Fahrzeugs nicht zuträglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein besonders energieeffizientes Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie und einer Bremsanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie und einer Bremsanlage, wobei die Bremsanlage zumindest eine Reibbremse, deren Reibflächen entweder durch eine fahrerveranlasste Bremsbetätigung oder durch eine fahrerunabhängige Bremsbetätigung in Reibkontakt mit entsprechenden Bremsbelägen gebracht werden können, wobei die fahrerunabhängige Bremsbetätigung bei Vorliegen mindestens eines Reinigungskriteriums mit einem definierten Druck über eine definierte Zeitspanne erfolgt, und eine als Generator betreibbare elektrische Maschine, die in einem Rekuperationsbetrieb die Traktionsbatterie auflädt, umfasst, wobei das Reinigungskriterium über eine Vorausschauzeitspanne durch Abschätzung ermittelt wird und wobei das Reinigungskriterium vorliegt falls die durch Bremsbetätigung in die Reibbremse eingebrachte Energiemenge während der Vorausschauzeitspanne einen Schwellwert unterschreitet.
Indem abgeschätzt wird, welche Energiemenge während einer Vorausschauzeitspanne in die Reibbremse eingebracht wird und das Reinigungskriterium vorliegt, wenn die Energiemenge einen Schwellwert unterschreitet, kann die Regeneration der Reibbremse durch eine fahrerunabhängige Bremsbetätigung auf ein Mindestmaß reduziert werden. Vielmehr wird darauf abgestellt, dass das Fahrzeug im Laufe der Vorausschauzeitspanne ohnehin so häufig und stark durch eine fahrerveranlasste Bremsbetätigung der Reibbremse verzögert wird, dass eventuell vorhandene Korrosionsprodukte dabei abgeschliffen werden.
In einer bevorzugten Ausführung werden zur Abschätzung der eingebrachten Energiemenge die Bewegung des Fahrzeugs repräsentierende Parameter betrachtet, die aus einer Fahrstrecke, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung (Längs- und Querbeschleunigung), einem Fahrerprofil, einem Fahrbahnreibwert, klimatischen Einflüssen und/oder einem Verkehrsaufkommen ausgewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird zur Abschätzung der eingebrachten Energiemenge eine Verfügbarkeit des Rekuperationsbetriebs betrachtet. Die elektrische Maschine dient primär dem Antrieb des Fahrzeugs mit der elektrischen Energie, die sie aus der Traktionsbatterie erhält. Aufgrund verschiedener Einschränkungen können zeitweise die Traktionsbatterie und/oder die elektrische Maschine nicht für den Antrieb zur Verfügung stehen, was dann gleichsam auch für den Rekuperationsbetrieb gilt. Während dieser Zeit wird die Verzögerung des Fahrzeugs zumindest anteilig durch die Reibbremse übernommen, so dass in einer aktuell laufenden Vorausschauzeitspanne mit mehr in die Reibbremse eingebrachter Energie gerechnet werden muss.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Rekuperationsbetrieb bei einem vorliegenden Reinigungskriterium zeitweise eingeschränkt. Liegt das Reinigungskriterium vor, so kann es sinnvoll sein den Rekuperationsbetrieb einzuschränken und die Verzögerung des Fahrzeugs verstärkt mit der Reibbremse vorzunehmen. Dadurch steigt die in die Reibbremse eingebrachte Energiemenge und Korrosionsprodukte werden entfernt.
In einer bevorzugten Ausführung wiederholt sich die Vorausschauzeitspanne im Wechsel mit einer Pause zyklisch. Die Pause ist dabei so lange bemessen, dass ein während der Vorausschauzeitspanne vorliegendes Reinigungskriterium nicht zu einer ständigen fahrerunabhängigen Bremsbetätigung führt. Die Vorausschauzeitspanne kann mehrere Sekunden, Minuten oder sogar Stunden betragen. Ferner kann es sinnvoll sein, bei Kenntnis der geplanten Fahrtstrecke die Vorausschauzeitspanne der erwarteten Fahrtzeit gleichzusetzen. Die Vorausschauzeitspanne kann auch in der Vergangenheit beginnen, wodurch eine bereits eingebrachte Energiemenge bzw. die damals herrschenden negativen Bedingungen für eine korrigierte „Startenergiemenge“ zu berücksichtigen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Darin zeigt die einzige Figur eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs.
Gemäß der Figur hat ein Fahrzeug 1 vier Räder, wobei vorliegend aufgrund der gewählten Perspektive nur zwei Räder 8 zu sehen sind. Jedem Rad 8 ist eine Bremsanlage 2 zugeordnet, die jeweils eine Reibbremse 3 mit axialen Reibflächen aufweist, die bei einer Bremsbetätigung paarweise mit Bremsbelägen 4 in Schleifkontakt gebracht werden können. Die Bremsanlage 2 umfasst weiterhin eine als Generator betreibbare (Rekuperationsbetrieb) elektrische Maschine, die vorliegend aufgrund ihrer Einbaulage im Fahrzeug 1 nicht sichtbar ist. Das Fahrzeug 1 hat weiterhin eine Traktionsbatterie 5, welche elektrische Energie an die elektrische Maschine zur Verfügung stellen kann, um das Fahrzeug 1 damit anzutreiben oder in dem Rekuperationsbetrieb mit elektrischer Energie aus der nun als Generator arbeitenden elektrischen Maschine geladen wird. Die Traktionsbatterie 5 ist ein elektrochemischer Speicher, dessen prozentualer Ladezustand von einem Zentralsteuergerät 6 überwacht wird. Die Bremsanlage 2 wird indes von einem Bremsensteuergerät 7 kontrolliert. Die Bremsbeläge 4 können durch eine fahrerveranlasste Bremsbetätigung oder durch eine von dem Bremsensteuergerät 7 veranlasste fahrerunabhängige Bremsbetätigung in Reibkontakt mit den Reibflächen gebracht werden können, wobei die fahrerunabhängige Bremsbetätigung bei Vorliegen mindestens eines Reinigungskriteriums mit einem definierten Druck über eine definierte Zeitspanne erfolgt. Das Reinigungskriterium wird über eine Vorausschauzeitspanne durch Abschätzung ermittelt, wobei das Reinigungskriterium vorliegt falls die durch Bremsbetätigung in die Reibbremse 3 eingebrachte Energiemenge während der Vorausschauzeitspanne einen Schwellwert unterschreitet.
Die eingebrachte Energiemenge wird unter anderem dann den Schwellwert überschreiten, wenn die elektrische Maschine nicht als Generator betrieben wird. Dies ist insbesondere der Fall bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der dann notwendigen Bestromung der elektrischen Maschine aus der Traktionsbatterie 5, aber auch bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Leistungshyperbel der elektrischen Maschine. Erfährt das Fahrzeug 1 eine hohe negative Beschleunigung oder eine hohe Querbeschleunigung, so wird der Rekuperationsbetrieb eingeschränkt, um die Fahrstabilität zu erhalten. Gleiches gilt beispielsweise auch aufgrund einer fahrerunabhängigen Bremsbetätigung zum Erhalt der Fahrstabilität („ESC-Eingriff“), so steigt auch dann die eingebrachte Energiemenge tendenziell. Steht die elektrische Maschine oder die Traktionsbatterie 5 für den Antrieb bzw. die Verzögerung des Fahrzeugs 1 nicht zur Verfügung, beispielsweise aufgrund von „Derating“ oder einem hohen Ladezustand, wird ebenfalls vermehrt die Reibbremse 3 eingesetzt und der Energieeintrag in selbige steigt. Die Verfügbarkeit des Antriebs des Fahrzeugs 1 mittels der elektrischen Maschine wird auch in einer Strategie für den Rekuperationsbetrieb festgelegt. In dieser Strategie wird die Verzögerungsanforderung an das Fahrzeug 1 auf die Reibbremse 3 und die als Generator betriebene elektrische Maschine aufgeteilt. Für die Strategie spielen der Fahrzustand und das Triebstrangverhalten eine Rolle. Werden Fahrstreckendaten von einem Navigationsgerät (beispielsweise die eingegebene Fahrstrecke, ein erforderliches häufiges Anhalten oder ein Autobahnanteil auf der Fahrstrecke), ein Fahrerprofil (beispielsweise indem erkannt wird, dass der Fahrer des Fahrzeugs 1 häufig mit hoher Längsverzögerung bremst oder mit hoher Querbeschleunigung fährt oder der Fahrer des Fahrzeugs 1 auf der Autobahn regelmäßig mit hoher Geschwindigkeit fährt), ein Fahrbahnreibwert, die klimatischen Bedingungen, Verkehrsdaten (beispielsweise „Stop-and-Go“-Verkehr bei Stau oder dichter Verkehr mit häufigen starken Längsverzögerungen) erfasst, so kann über die Vorausschauzeitspanne abgeschätzt werden, wieviel Energie absehbar in die Reibbremse 3 eingebracht wird. Die erforderlichen Informationen können von dem Navigationsgerät stammen, durch Sensoren am Fahrzeug 1 ermittelt oder aus einer „Car-to-X“-Kommunikation empfangen werden. Wird die Energiemenge in der Vorausschauzeitspanne den Schwellwert absehbar nicht überschreiten, so kann der Rekuperationsbetrieb zeitweise eingeschränkt werden und die Differenz an Verzögerung durch die Reibbremse 3 gestellt. Der Schwellwert für die Energiemenge kann wiederum in Abhängigkeit verschiedener Faktoren variieren, so zum Beispiel der Standdauer des Fahrzeugs 1 vor Fahrtantritt, der Außentemperatur oder der Luftfeuchtigkeit. Neben oder statt dem nötigen Energieeintrag können auch weitere Faktoren betrachtet werden, wie nötige Zeitdauer der Bremsung mittels Reibbremse 3, Höhe der Bremsleistung oder Bremsentemperatur, falls diese für das Beschreiben der Bremsscheibenregeneration vorteilhaft sind.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Bremsanlage
3: Reibbremse
4: Bremsbelag
5: Traktionsbatterie
6: Zentralsteuergerät
7: Bremsensteuergerät
8: Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012222349 A1 [0003]
DE 102010000823 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einer Traktionsbatterie (5) und einer Bremsanlage (2), wobei die Bremsanlage (2) zumindest eine Reibbremse (3), deren Reibflächen entweder durch eine fahrerveranlasste Bremsbetätigung oder durch eine fahrerunabhängige Bremsbetätigung in Reibkontakt mit entsprechenden Bremsbelägen (4) gebracht werden können, wobei die fahrerunabhängige Bremsbetätigung bei Vorliegen mindestens eines Reinigungskriteriums mit einem definierten Druck über eine definierte Zeitspanne erfolgt, und eine als Generator betreibbare elektrische Maschine, die in einem Rekuperationsbetrieb die Traktionsbatterie (5) auflädt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungskriterium über eine Vorausschauzeitspanne durch Abschätzung ermittelt wird, wobei das Reinigungskriterium vorliegt falls die durch Bremsbetätigung in die Reibbremse (3) eingebrachte Energiemenge während der Vorausschauzeitspanne einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung der eingebrachten Energiemenge die Bewegung des Fahrzeugs (1) repräsentierende Parameter betrachtet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Fahrzeugs (1) repräsentierende Parameter aus einer Fahrstrecke, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung, einem Fahrerprofil, einem Fahrbahnreibwert, klimatischen Einflüssen und/oder einem Verkehrsaufkommen ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung der eingebrachten Energiemenge eine Verfügbarkeit des Rekuperationsbetriebs betrachtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperationsbetrieb bei einem vorliegenden Reinigungskriterium zeitweise eingeschränkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorausschauzeitspanne im Wechsel mit einer Pause zyklisch wiederholt.