DE102017215680A1

DE102017215680A1 - Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges und Vorrichtung zur Durchführung

Info

Publication number: DE102017215680A1
Application number: DE102017215680.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Stammberger; Peter Streipardt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Es wird vorgeschlagen, dass während des Bremsvorganges die Verzögerung des Fahrzeuges geregelt wird. Als Vorrichtung wird ein Antriebs- und Bremssystem vor geschlagen, welches mindestens ein Antriebsrad (5), eine elektrische Maschine (2), betreibbar als Motor und Generator, mit einem Drehzahlsensor (3), und verbunden mit einer Batterie (11), ein Bremspedal (8), verbunden mit einem Potentiometer (9), als Soll-Wertsteller für eine Verzögerung des Fahrzeuges, eine Steuereinrichtung (1), mindestens einen Beschleunigungssensor (10) und mindestens eine zusätzliche, vorzugsweise mechanische Bremse (4) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die DE 102 59 878 A1 der Anmelderin wurde ein Bremssystem und ein Verfahren zum Betrieb des Bremssystems für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Flurförderfahrzeuge bekannt. Das Fahrzeug wird von Elektromotoren angetrieben, welche auch als Motorbremse einsetzbar sind. Darüber hinaus verfügt das Fahrzeug über eine elektrisch angesteuerte Bremse, auch Betriebsbremse genannt, so dass für das Abbremsen des Fahrzeugs die Motorbremse und die elektrisch angesteuerte Bremse zur Verfügung stehen. Motorsteuerung und Bremsensteuerung sind in einer Steuereinrichtung integriert, so dass beide Bremsen koordiniert angesteuert werden können. Dabei wird fahrzustandsabhängig die wirksamste Kombination aus Motorbremse und Betriebsbremse ermittelt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein effektives Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges bereitzustellen und darüber hinaus eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges vorgesehen, dass die Verzögerung des Fahrzeuges während des Bremsvorganges geregelt wird. Die Verzögerung ist also die Zielgröße, welche bei der Abbremsung des Fahrzeuges geregelt wird. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Verzögerung des Fahrzeuges nicht durch nicht lineare Einflüsse der Bremse und deren Betätigung sowie durch die aktuelle Masse des Fahrzeuges beeinflusst werden, da jeweils die vorgegebene Verzögerung, d. h. der Soll-Wert der Verzögerung eingeregelt wird.
Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante wird jeweils die aktuelle Verzögerung des Fahrzeuges gemessen, ein Ist-Wert ermittelt, ausgewertet und zur Steuerung des Bremsvorganges verwendet. Dadurch wird die gewünschte Verzögerung des Fahrzeuges durch stärkeres oder schwächeres Bremsen erreicht.
Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird das Verfahren an einem Fahrzeug durchgeführt, welches einen Antriebsmotor mit einer Motorbremse, mindestens eine zusätzliche Bremse (Betriebsbremse), mindestens einen Sensor zu Messung der Verzögerung und eine Steuereinrichtung zur Auswertung der Ist-Werte umfasst. Dabei sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: zunächst wird der Bremsvorgang eingeleitet, dann wird die Verzögerung des Fahrzeuges mittels des Sensors, vorzugsweise eines Beschleunigungssensors gemessen und ein Ist-Wert der aktuellen Verzögerung ermittelt. Letzterer wird in die Steuereinrichtung eingegeben, dort verarbeitet und dem Antriebsmotor oder dem Antriebsmotor und der zusätzlichen Bremse oder nur der zusätzlichen Bremse als Signal zur Erzeugung eines Bremsmomentes zugeleitet. Dabei kann fahrzustandsabhängig das Bremsmoment entweder nur von der Motorbremse erzeugt werden, wobei die Bremsenergie in einen Energiespeicher eingespeist wird, oder das Bremsmoment wird - wenn der Energiespeicher voll geladen ist - nur von der zusätzlichen, vorzugsweise mechanischen Bremse erzeugt, oder das Bremsmoment wird von beiden Bremsen gleichzeitig erzeugt. Damit kann immer die maximal mögliche Energie beim Bremsen in den Energiespeicher zurückgespeist werden, so dass das Fahrzeug besonders effizient betrieben werden kann. Darüber hinaus kann der Verschleiß der mechanischen Bremsen auf ein Minimum reduziert werden, wodurch sich deren Lebensdauer bzw. deren Wartungsintervalle verlängern.
Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird beim Einleiten des Bremsvorganges ein Soll-Wert für die Verzögerung des Fahrzeuges über einen SollWertgeber vorgegeben und in die Steuereinrichtung eingegeben. Dort werden Soll- und Ist-Wert miteinander verglichen und daraus ein Signal zum Ansteuern der Motor- und/oder Betriebsbremse abgeleitet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein Flurförderfahrzeug mit einem Antriebs- und Bremssystem vorgesehen, welches mindestens ein Antriebsrad, eine elektrische Maschine, welche als Motor und Generator betreibbar und mit einer Batterie verbunden ist, einen Drehzahlsensor der elektrischen Maschine, ein Bremspedal, welches vorzugsweise mit einem Potentiometer, welches als Soll-Wertsteller für die Verzögerung des Fahrzeuges fungiert, verbunden ist, eine Steuereinrichtung, mindestens einen Beschleunigungssensor und mindestens eine zusätzliche, vorzugsweise mechanische Bremse. Die elektrische Maschine, welche beim Betrieb als Motor ihre Energie aus der Batterie bezieht, ist auch als Generator respektive als Bremse betreibbar, wobei die Bremsenergie in die Batterie eingespeist wird, solange die Batterie noch Energie aufnehmen kann. Ist die Batterie voll geladen, kann die Motorbremse nicht eingesetzt werden, in diesem Falle übernimmt die zusätzliche Bremse die volle Bremsleistung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug einen dieselelektrischen Antrieb oder einen Hybridantrieb mit einer elektrischen Maschine auf, an welchen das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls durchführbar ist. Beim dieselelektrischen Antrieb liefert ein Dieselmotor mechanische Energie zum Antrieb eines Generators, welcher elektrische Energie zum Betrieb eines Motors liefert. Der Generator kann somit als Motorbremse eingesetzt werden. Beim Hybridantrieb mit elektrischer Maschine kann diese ebenfalls als Generator und damit als Motorbremse betrieben werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Fahrzeug mit einem hydraulischen Antrieb verwendet werden, welcher einen hydraulischen Motor, eine Pumpe sowie einen Druckspeicher aufweist. In diesem Fall wirkt die Pumpe als primäre Fahrzeugbremse.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Antriebs- und Bremssystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines nicht dargestellten Flurförderfahrzeuges. Das Antriebs- und Bremssystem weist folgende Komponenten auf: Eine Steuerreinrichtung 1 zur Aufnahme, Verarbeitung, Verwertung und Abgabe von Signalen oder Steuerbefehlen; eine elektrische Maschine 2, welche als Motor und Generator betreibbar ist; einen Drehzahlsensor 3, welcher der elektrischen Maschine 2 zugeordnet ist; eine mechanische Bremse 4, auch Betriebsbremse 4 genannt; mindestens ein Antriebsrad 5, welches von der Bremse 4 bremsbar ist; ein Fahrpedal 6, welches von einer Bedienperson des Fahrzeuges betätigbar und mit einem Fahrpotentiometer 7 verbunden ist; ein Bremspedal 8, welches von der Bedienperson betätigbar und mit einem Bremspotentiometer 9 verbunden ist; einen Beschleunigungssensor 10 zur Messung der Verzögerung des Fahrzeuges beim Bremsvorgang; eine Batterie 11 als Energiespeicher für die elektrische Maschine 2; nicht gebremste Räder 12 und einen Drehzahlsensor 13, welcher den nicht gebremsten Rädern 12 zugeordnet ist. Die vorgenannten Komponenten sind - wie aus der Zeichnung ersichtlich - teilweise untereinander und/oder mit der Steuereinrichtung 1 funktionell verbunden, insbesondere durch Signal- oder Steuerleitungen (ohne Bezugszahlen).
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Antriebs- und Bremssystems beschrieben:
Durch das Fahrpedal 6 wird am Fahrpotentiometer 7 ein Soll-Wert für die Drehzahl (Solldrehzahl) der elektrischen Maschine 2 und damit der Fahrgeschwindigkeit eingestellt und der Steuereinrichtung 1 übergeben. Die Steuereinrichtung 1 erhält vom Drehzahlsensor 3 der elektrischen Maschine 2 ein Signal für den Ist-Wert der Drehzahl, welches mit dem Soll-Wert des Fahrpotentiometers 7 verglichen wird. Die Steuereinrichtung 1 regelt die elektrische Maschine 2 so, dass der Soll-Wert des Fahrpotentiometers 7 und der Ist-Wert des Drehzahlsensors 3 der elektrischen Maschine 2 näherungsweise übereinstimmen. Dreht die elektrische Maschine 2 langsamer als der Soll-Wert des Fahrpotentiometers 7 es vorgibt, so wird die elektrische Maschine 2 als Motor betrieben. Die Steuereinrichtung 1 versorgt die elektrische Maschine 2 mit Energie, welche sie der Batterie 11 entnimmt. Die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 nimmt so lange zu, bis die Solldrehzahl die das Fahrpotentiometer 7 vorgibt, erreicht ist. Dreht die elektrische Maschine 2 schneller als der Soll-Wert des Fahrpotentiometers 7 es vorgibt, so wird die elektrische Maschine 2 als Generator betrieben und speist dann Energie in die Steuereinrichtung 1 ein, welche die Energie an die Batterie 11 weitergibt, die dadurch geladen wird. Die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 nimmt so lange ab, bis die Solldrehzahl, die das Fahrpotentiometer 7 vorgibt, erreicht ist. Das Antriebsrad 5 des Flurförderfahrzeuges ist mit der elektrischen Maschine 2 mechanisch verbunden. Die Verbindung kann mit Hilfe eines nicht dargestellten Getriebes erfolgen.
Wird das Fahrpedal 6 nicht betätigt, so ist der Soll-Wert für die Drehzahl gleich Null. Die elektrische Maschine 2 wird also auf Null geregelt, d. h., sie wird auf Drehzahl Null abgebremst. Die Geschwindigkeit, mit der diese Regelung erfolgt, kann mit Hilfe von Parametern 14, die an der Steuereinrichtung 1 eingestellt werden können, eingestellt werden. Um einen sicheren Betrieb des Fahrzeuges zu gewährleisten, sollte die Verzögerung nicht zu stark erfolgen.
Wird eine stärkere Verzögerung benötigt, ist das Bremspedal 8 zu betätigen. Wird das Bremspedal 8 betätigt, so wird am Bremspotentiometer 9 ein Soll-Wert für die Verzögerung des Fahrzeuges eingestellt. Der Beschleunigungssensor 10 misst die aktuelle Verzögerung des Fahrzeuges und speist den gemessen Wert, den Ist-Wert, in die Steuereinrichtung 1 ein. Ist der Soll-Wert für die Verzögerung, den das Bremspotentiometer 9 vorgibt, größer als der Ist-Wert der Verzögerung, so stellt die Steuereinrichtung 1 ein ausreichend großes Bremsmoment der elektrischen Maschine 2 ein. Wenn die elektrische Maschine 2 kein ausreichend großes Bremsmoment bereitstellen kann - z. B. wegen einer zu hohen Drehzahl - so wird durch die Steuereinrichtung 1 zusätzlich die mechanische Bremse 4 aktiviert. Das Bremsmoment der Bremse 4 wirkt ebenfalls auf das Antriebsrad 5 und trägt zur Verzögerung des Fahrzeuges bei. Die aktuelle Verzögerung wird nun erneut gemessen, und der Regelkreis ist dadurch geschlossen. Die elektrische Maschine 2 und die mechanische Bremse 4 werden so geregelt, bis die vom Bremspotentiometer 9 vorgegebene Verzögerung erreicht ist. Vorrang hat dabei die elektrische Maschine 2, denn es soll möglichst viel Energie in die Batterie 11 zurückgespeist werden. Nur die Energie, die nicht zurückgespeist werden kann, wird in der mechanischen Bremse 4 in Wärme umgewandelt.
Anstelle mit Hilfe des Beschleunigungssensors 10 kann die Verzögerung auch mit Hilfe des mit dem Drehzahlsensor 3 gemessenen Drehzahlgradienten (Änderung der Drehzahl über der Zeit) ermittelt werden. Der Nachteil ist, dass diese Methode beim Blockieren des Antriebsrades 5 versagt, weil dann kein Drehzahlgradient gemessen wird.
Optional ist es möglich, die Drehzahl der nicht gebremsten Räder 12 mit Hilfe der Drehzahlsensoren 13 zu messen und diese Messwerte ebenfalls der Steuereinrichtung 1 zur Verfügung zu stellen. Die nicht gebremsten Räder 12 werden sich drehen, solange das Fahrzeug in Bewegung ist. Mit den Drehzahlinformationen der Drehzahlsensoren 3 und 13 kann die Steuereinrichtung 1 ein Durchdrehen bzw. Blockieren der Antriebsräder 5 erkennen und das Antriebs- bzw. das Bremsmoment entsprechend reduzieren. Auf diese Art und Weise lassen sich ein ASR (Antriebsschlupfregelung, auch Traktionskontrolle genannt) und ein ABS (Antiblockiersystem) realisieren.
Das Prinzip, nämlich beim Abbremsen eines Fahrzeugs dessen Verzögerung zu regeln, ist nicht nur bei rein elektrischen Antriebssystemen möglich. Es ist z. B. auch bei dieselelektrischen Antrieben oder Hybridantrieben mit elektrischer Maschine anwendbar. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Erfindung bei anderen Antriebsarten, z. B. bei einem hydraulischen Antrieb einzusetzen. Als Energiespeicher könnte anstelle der Batterie ein Druckspeicher verwendet werden. Die Bremsenergie könnte anstelle in einer Batterie oder einem Druckspeicher auch mechanisch mit Hilfe eines Schwungrades gespeichert werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinrichtung
2: elektrische Maschine
3: Drehzahlsensor
4: mechanische Bremse
5: Antriebsrad
6: Fahrpedal
7: Fahrpotentiometer
8: Bremspedal
9: Bremspotentiometer
10: Beschleunigungssensor
11: Batterie/Energiespeicher
12: nicht gebremste Räder
13: Drehzahlsensor
14: Parameter

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 10259878 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Abbremsen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bremsvorganges die Verzögerung des Fahrzeuges geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Verzögerung des Fahrzeuges gemessen, ein Ist-Wert ermittelt, ausgewertet und zur Steuerung des Bremsvorganges verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fahrzeug einen Antriebsmotor (2) mit einer Motorbremse, mindestens eine zusätzliche Bremse (4), mindest einen Sensor (10) zur Messung der Verzögerung und eine Steuereinrichtung (1) zur Auswertung der Ist-Werte umfasst, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Einleiten eines Bremsvorganges, - Messen der Verzögerung mittels des mindestens einen Sensors (10) während des Bremsvorganges, - Ermitteln des Ist-Wertes der Verzögerung, - Eingabe des Ist-Wertes in die Steuereinrichtung (1) und - Ansteuerung des Antriebsmotors (2) und/oder der zusätzlichen Bremse (4) zur Erzeugung eines Bremsmomentes.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Fahrzeug einen Soll-Wertsteller (8, 9) für die Verzögerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einleiten des Bremsvorganges ein Soll-Wert für die Verzögerung des Fahrzeuges über den Soll-Wertsteller (8, 9) vorgegeben, in die Steuereinrichtung (1) eingegeben und mit dem Ist-Wert verglichen wird.
Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch ein Flurförderfahrzeug, umfassend - mindestens ein Antriebsrad (5), - eine elektrische Maschine (2), betreibbar als Motor und Generator, mit einem Drehzahlsensor (3), und verbunden mit einer Batterie (11), - ein Bremspedal (8), verbunden mit einem Potentiometer (9), als Soll-Wertsteller für eine Verzögerung des Fahrzeuges, - eine Steuereinrichtung (1), - mindestens einen Beschleunigungssensor (10) und - mindestens eine zusätzliche, vorzugsweise mechanische Bremse (4).
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch ein Fahrzeug mit einem diesel-elektrischen Antrieb oder mit einem Hybridantrieb mit elektrischer Maschine.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch ein Fahrzeug mit einem hydraulischen Antrieb, umfassend einen hydraulischen Motor, eine Pumpe sowie einen Druckspeicher.