DE102016225693A1

DE102016225693A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016225693A1
Application number: DE102016225693.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Knopp; Tobias Hoffmann; Adrian Thomys
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN110072745B; US11084477B2; US20200101958A1; JP2020504048A; EP3558770A1; WO2018114091A1; CN110072745A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1), das wenigstens eine hydraulisch betätigbare Radbremseinrichtung (5) und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (3) aufweist, mit folgenden Schritten:- Überwachen eines Fahrerverhaltens auf einen Notbremsvorgang,- Ansteuern der hydraulischen Radbremseinrichtung (5) zur Erzeugung eines hydraulischen Notbremsmoments, wenn ein Notbremsvorgang erfasst wird.Es ist vorgesehen, dass bei Erfassen des Notbremsvorgangs die Antriebsmaschine generatorisch betrieben wird, um ein zusätzliches elektrisches Notbremsmoment zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das wenigstens eine hydraulisch betätigbare Bremseinrichtung und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine aufweist, wobei ein Fahrerverhalten auf einen Notbremsvorgang überwacht wird, und wobei die hydraulische Bremseinrichtung zur Erzeugung eines hydraulischen Notbremsmoments angesteuert wird, wenn ein Notbremsvorgang erfasst wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, welches das oben beschriebene Verfahren durchführt.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
Herkömmliche Kraftfahrzeuge weisen ein hydraulisches Bremssystem auf, das von dem Fahrer durch Betätigen eines Bremspedals bedienbar ist. Durch das Betätigen des Bremspedals wird die vom Fahrer aufgebrachte Bremskraft in das hydraulische Bremssystem, beispielsweise mittels eines Bremskraftverstärkers und/oder eines Hauptbremszylinders in das hydraulische Bremssystem eingebracht. Üblicherweise weist dieses mehrere Radbremseinrichtungen auf, die jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, um radindividuelle Bremsmomente erzeugen zu können. Durch ein ABS- oder ESP-System werden dabei entsprechende Ventile automatisiert angesteuert, um einen optimalen Bremsvorgang zu ermöglichen.
Leitet der Fahrer eine Notbremsung ein, indem er beispielsweise das Bremspedal mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kraft betätigt, werden die Radbremsen dazu angesteuert, ein maximal hohes Bremsmoment zu erzeugen, das noch ein ausreichend sicheren Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erlaubt. Durch Überwachen der Bremspedalbetätigung kann somit das Fahrerverhalten darauf überwacht werden, ob der Fahrer einen Notbremsvorgang einleiten möchte.
In der heutigen Zeit setzen sich auch immer mehr Kraftfahrzeuge durch, die zusätzlich oder alternativ zu einem herkömmlichen verbrennungsmotorischen Antrieb eine oder mehrere elektrische Antriebsmaschinen aufweist, die generatorisch und motorisch betrieben werden können. In manchen Fällen ist es bereits bekannt, für das Einleiten eines Bremsvorgangs, nicht das hydraulische Bremssystem einzusetzen, sondern die Antriebsmaschine generatorisch zu betreiben, um beispielsweise bei langen Bergabfahrten oder dergleichen elektrische Energie für die Energieversorgung des Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Dieser bremsende Rekuperationsbetrieb dient somit im Wesentlichen zur Energierückgewinnung.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einem Notbremsvorgang das Kraftfahrzeug schneller als bisher verzögert wird. Durch die Erfindung wird die Reaktionszeit des Kraftfahrzeugs, bis ein Verzögerungsmoment über die Räder des Kraftfahrzeugs auf die Fahrbahn ausgeübt wird, verkürzt, sodass das Kraftfahrzeug aufgrund des verkürzten Bremswegs schneller als bisher zum Stillstand kommt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei Erfassen des Notbremsvorgangs die Antriebsmaschine generatorisch betrieben wird, um ein zusätzliches Notbremsmoment zu erzeugen. Es ist nunmehr also vorgesehen, dass zusätzlich zu dem hydraulischen Bremssystem bei einem Notbremsvorgang auch die Antriebsmaschine generatorisch betrieben wird, um ein zusätzliches (elektrisches) Bremsmoment zu erzeugen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass einerseits insgesamt ein erhöhtes Bremsmoment zur Verfügung steht, und andererseits aufgrund der schnellen Reaktionszeit der elektrischen Antriebsmaschine im Vergleich zu dem hydraulischen Bremssystem ein Bremsmoment bereits frühzeitig beziehungsweise früher als bisher an den Rädern des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund der kurzen Reaktionszeit der Antriebsmaschine stellt diese das bremsende generatorische Drehmoment bereit, bevor durch das hydraulische Bremssystem eine Bremskraft an Radbremsen des Kraftfahrzeugs erzeugt oder spürbar erzeugt. Dadurch wird bei einem Notbremsvorgang das Kraftfahrzeug früher als bisher verzögert und die Reaktionszeit des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Bremsweg entsprechend verkürzt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsmaschine dazu angesteuert wird, ein maximal mögliches Notbremsmoment zu erzeugen. Damit wird gewährleistet, dass das Kraftfahrzeug so schnell wie möglich verzögert wird.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Antriebsmaschine dazu angesteuert wird, das Notbremsmoment, insbesondere das maximal mögliche Notbremsmoment, schnellstmöglich zu erzeugen. Dadurch stellt die Antriebsmaschine in kurzer Zeit ein hohes Bremsmoment zur Verfügung, das im weiteren Verlauf des Notbremsvorgangs durch das hydraulische Notbremsmoment unterstützt wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das maximal mögliche Notbremsmoment in Abhängigkeit von einem Radschlupf des Kraftfahrzeugs begrenzt wird. Dadurch wird verhindert, dass durch das Einleiten des Notbremsvorgangs ein oder mehrere Räder des Kraftfahrzeugs blockieren und dadurch die Spurtreue des Kraftfahrzeugs beeinträchtigt wird. Zum Begrenzen des maximal möglichen Bremsmoments kann beispielsweise die Sensorik und Auswertung eines herkömmlichen ABS-Systems genutzt werden.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das elektrische Bremsmoment mit zunehmendem hydraulischem Bremsmoment reduziert wird. Sobald durch das hydraulische Bremssystem ein ausreichend hohes Bremsmoment erzeugt wird, sodass das maximal mögliche Notbremsmoment allein von dem hydraulischen Bremsmoment gestellt wird oder gestellt werden kann, wird das elektrische Bremsmoment reduziert, sodass die Bremsfunktion an das hydraulische Bremssystem übergeben wird. Insbesondere erfolgt dabei die Übergabe kontinuierlich, sodass für den Benutzer die Übergabe nicht auffällt und keine plötzlichen Drehmomentschwankungen die zu einem Blockieren oder einem Haftreibungsverlust in den jeweiligen Rad führen könnten, entstehen. Hierdurch wird außerdem der Vorteil erreicht, dass die Antriebsmaschine nur kurzzeitig mit dem hohen generatorischen Bremsmoment arbeitet und dadurch die Belastung für die Antriebsmaschine in Grenzen gehalten wird. Aufgrund dessen, dass die Antriebsmaschine ein möglichst hohes Bremsmoment erzeugen soll, geht die Belastung über die normale Belastung der Antriebsmaschine hinaus. Durch die Übergabe des Bremsmoments an das hydraulische Bremssystem wird dadurch erreicht, dass nur eine kurzzeitige Hochbelastung der Antriebsmaschine erfolgt, die keine dauerhaften Schäden oder Beeinträchtigungen an der Antriebsmaschine bewirkt. Dadurch werden beispielsweise auch ein an die Antriebsmaschine angeschlossener Energiespeicher und/oder eine Leistungsendstufe vor Überlastung geschützt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass beim generatorischen Betrieb der Antriebsmaschine entstehende elektrische Energie durch einen Energiewandler in Wärme gewandelt wird. Dadurch wird erreicht, dass ein Energiespeicher, der ansonsten die von der Antriebsmaschine im generatorischen Modus erzeugte Energie aufnimmt, vor der Hochbelastung geschützt wird und die elektrische Energie dennoch sicher abgeführt werden kann. Hierzu wird vorliegend die elektrische Energie in Wärme gewandelt und damit auf einfache Art und Weise aus dem System ausgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnen sich dadurch aus, dass sie speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist die Vorrichtung als Steuergerät ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht und
2 ein Diagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben des Kraftfahrzeugs.

1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das mehrere Räder 2 aufweist, mit denen es mit einer Fahrbahn in Kontakt steht. Das Kraftfahrzeug 1 weist wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine 3 auf, die zumindest mit den Rädern einer der Radachsen, vorliegend der Hinterradachse, mechanisch verbunden ist, um diese motorisch anzutreiben oder ein generatorisches Bremsmoment/Verzögerungsmoment auf die Räder 2 dieser Achse auszuüben.
Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 1 ein hydraulisches Bremssystem 4 auf. Das Bremssystem 4 weist für jedes der Räder 2 jeweils eine hydraulisch betätigbare Radbremseinrichtung 5 auf, sowie eine hydraulische Zentraleinrichtung 6, die betätigbare Ventile zum Verteilen eines hydraulischen Drucks auf die Radbremseinrichtungen 5 aufweist, um beispielsweise radindividuelle Bremsmomente an den Radbremsen 5 zu erzeugen. Bei dem Zentralgerät 6 kann es sich somit um ein herkömmliches ABS- oder ESP-Gerät handeln.
Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 1 ein Steuergerät 7 auf, das mit der Zentraleinrichtung 6 und der elektrischen Maschine 3 verbunden ist, um diese anzusteuern. Außerdem ist das Steuergerät 7 mit einer Pedaleinrichtung 8 des Kraftfahrzeugs verbunden, die ein Bremspedal 9 und ein Fahrpedal 10 und optional ein Kupplungspedal aufweist. Genaugenommen ist das Steuergerät 7 mit Sensoren der Pedale verbunden, welche die jeweilige Pedalbetätigung überwachen.
Erfasst das Steuergerät 7, dass das Bremspedal 9 mit einer über einen kritischen Wert hinausgehenden Geschwindigkeit und Kraft betätigt wird, so erkennt es, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs einen Notbremsvorgang einleitet beziehungsweise einleiten möchte.
Üblicherweise steuert das Steuergerät 7 nunmehr die Zentraleinheit 6 dazu an, an den Radbremsen 5 ein maximal hohes Bremsmoment hydraulisch einzustellen, um eine schnellstmögliche Verzögerung des Kraftfahrzeugs 1 zu erreichen.
2 zeigt hierzu ein Diagramm, das in mehrere Teile A bis E aufgeteilt ist, die im Folgenden erörtert werden sollen.
2A zeigt aufgetragen über die Zeit t das hydraulische Bremsmoment BM_h, das durch das hydraulische Bremssystem 4 an den Radbremsen 2 erzeugt wird. Zu dem Zeitpunkt t0 beginnt der hydraulische Druck zu steigen, bis er zum Zeitpunkt t3 den maximal möglichen Wert erreicht hat, der von dem Zentralgerät 6 in Abhängigkeit der Haftreibung und des Radschlupfs der Räder 2 auf einen maximalen Wert BM_{h_max} begrenzt wird. Es ist zu erkennen, dass etwas Zeit vergeht, bis das maximal mögliche Bremsmoment an den Radbremsen 5 verwirklicht wird.
Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass dann, wenn anhand des Fahrerverhaltens festgestellt wird, dass ein Notbremsvorgang eingeleitet wird, insbesondere wie zuvor beschrieben durch die Bremspedalbetätigung, die elektrische Antriebsmaschine 3 dazu angesteuert, ein generatorisches Bremsmoment zu erzeugen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 dazu angesteuert wird, das generatorische Bremsmoment schnellstmöglich erzeugt und möglichst hoch einstellt.
2B zeigt dazu den Verlauf des von der Antriebsmaschine 3 erzeugten Bremsmoments BM_e. Auch dieses Bremsmoment wird in Abhängigkeit von der Haftung der Räder 2 auf der Fahrbahn auf ein maximalen Wert beschränkt, wobei der maximale Wert wie zuvor beispielsweise auch durch das ABS-System ermittelt werden kann und beispielsweise dem Bremsmoment BM_{h_max} entspricht.
Auch kann das maximale elektrische Bremsmoment durch weitere Einflüsse, wie beispielsweise die Leistungsfähigkeit der Antriebsmaschine 3 und/oder eines der Antriebsmaschine 3 zugeordneten elektrischen Speichers oder einer Leistungselektronik beschränkt werden.
Wie anhand von 2A und 2B ersichtlich ist, weist die Antriebsmaschine 3 eine wesentlich schnellere Reaktionszeit auf, sodass diese in kürzerer Zeit ein hohes Bremsmoment zur Verfügung stellt, im Vergleich zum hydraulischen Bremssystem 4.
2C zeigt hierzu die auf das Kraftfahrzeug 1 wirkende Verzögerung a über die Zeit t, wobei die gestrichelte Linie die Verzögerung zeigt, wenn das Kraftfahrzeug 1 allein durch das hydraulische Bremssystem 4 verzögert/gebremst wird, und die durchgezogene Linie die Verzögerung für den Fall, dass wie zuvor beschrieben die Antriebsmaschine 3 zusätzlich generatorisch betrieben wird.
Hieran ist der Vorteil des beschriebenen Verfahrens leicht erkennbar. Durch das zusätzliche generatorische Bremsmoment der Antriebsmaschine 3 wird erreicht, dass das Kraftfahrzeug früher und schneller verzögert als bei einer rein hydraulischen Bremsung. Dadurch wird der Bremsweg insgesamt verkürzt und die Fahrsicherheit damit erhöht.
2D zeigt hierzu außerdem die Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs für den herkömmlichen Bremsfall durch das hydraulische Bremssystem 4 (gestrichelte Linie) sowie für den Fall, bei welchem zusätzlich die Antriebsmaschine 3 ein Bremsmoment zur Verfügung stellt, wie zuvor beschrieben.
2E zeigt entsprechend die gefahrene Strecke x über die Zeit t, ab dem Zeitpunkt des Einleitens des Notbremsvorgangs für einen herkömmlichen Bremsfall (gestrichelte Linie) sowie für einen Fall, in welchem das vorteilhafte Verfahren mit zusätzlichem generatorischen Bremsmoment durchgeführt wird (durchgezogene Linie).
Wie bereits beschrieben, wird auch das elektrische Bremsmoment durch äußere Einflüsse begrenzt, sodass es mit Erreichen des maximalen Bremsmoments, sodass das elektrische Bremsmoment mit Erreichen des maximal möglichen oder zulässigen Bremsmoments vom Zeitpunkt t1 konstant gehalten wird. Zu einem Zeitpunkt t2 wird das elektrische Bremsmoment reduziert, noch bevor das hydraulische Bremsmoment den maximal möglichen Wert BM_{h_max} erreicht hat. Dabei wird davon ausgegangen, dass zu dem Zeitpunkt t2 das hydraulische Bremsmoment derart hoch ist, dass es die Bremsfunktion nunmehr auch ohne das generatorische Bremsmoment der Antriebsmaschine 3 erreichen beziehungsweise übernehmen kann. Mit zunehmendem hydraulischem Bremsmoment wird daher zu einem Zeitpunkt t2 das elektrische Bremsmoment reduziert, sodass die Bremsfunktion letztendlich dem hydraulischen Bremssystem übergeben wird. Hierdurch wird erreicht, dass die elektrische Antriebsmaschine 3 nur kurzzeitig durch den Bremsvorgang belastet wird. Jedoch reicht auch die kurzzeitige Belastung dazu aus, das Bremsverhalten des Kraftfahrzeugs 1 insgesamt zu verbessern und den Bremsweg zu verkürzen, wie oben bereits erläutert. Darüber hinaus wird durch den kurzzeitigen Betrieb der Antriebsmaschine 3 erreicht, dass diese nicht überlastet, insbesondere nicht überhitzt wird. Vorteilhafterweise wird durch die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb erzeugte Energie in Wärme gewandelt, wobei hierzu beispielsweise ein entsprechender Wärmewandler vorhanden ist. Beispielsweise kann hierzu auch eine Innenraumheizung genutzt wird, um die Wärme abzuführen.
Durch das frühzeitige Reduzieren des elektrischen Bremsmoments wird außerdem erreicht, dass die ABS-Regelung des Bremssystems 4 durch die Antriebsmaschine 3 nicht beeinflusst wird, was die Spurhaltesicherheit des Kraftfahrzeugs 1 erhöht. Außerdem wird ein der Antriebsmaschine 3 zugeordneter Energiespeicher vor Überlastung geschützt.
Das Steuergerät 7, das vorliegend separat zu dem Zentralgerät 6 dargestellt ist, kann selbstverständlich in das ABS- beziehungsweise Bremssystem 4 integriert sein, sodass das Bremssystem 4 selbst die Antriebsmaschine 3 ansteuern kann. Das vorteilhafte Verfahren ist ohne weiteres in bestehende Strukturen eines Kraftfahrzeugs integrierbar und kann daher auch nachträglich in bestehende Strukturen integriert werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1), das wenigstens eine hydraulisch betätigbare Radbremseinrichtung (5) und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (3) aufweist, mit folgenden Schritten: - Überwachen eines Fahrerverhaltens auf einen Notbremsvorgang, - Ansteuern der hydraulischen Radbremseinrichtung (5) zur Erzeugung eines hydraulischen Notbremsmoments, wenn ein Notbremsvorgang erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass - bei Erfassen des Notbremsvorgangs die Antriebsmaschine generatorisch betrieben wird, um ein zusätzliches elektrisches Notbremsmoment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (3) dazu angesteuert wird, ein maximal mögliches Notbremsmoment zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal mögliche Notbremsmoment in Abhängigkeit von einem Radschlupf oder einer Haftreibung von Rädern (2) des Kraftfahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (3) dazu angesteuert wird, das elektrische Notbremsmoment schnellstmöglich zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bremsmoment mit zunehmenden hydraulischen Bremsmoment reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim generatorischen Betrieb der Antriebsmaschine (3) entstehende elektrische Energie durch einen Energiewandler in Wärme gewandelt wird.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (7), zum Betreiben eins Kraftfahrzeugs (1), das wenigstens eine hydraulisch betätigbare Radbremseinrichtung (5) und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Kraftfahrzeug (1), das wenigstens eine hydraulisch betätigbare Radbremseinrichtung (5) und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine (3) aufweist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7.