DE102018215653A1

DE102018215653A1 - Bremssystem zum Abbremsen eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102018215653A1
Application number: DE102018215653.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hoffmann
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN110901403A; US20200086875A1; KR20200031987A; CN110901403B; US10759430B2

Abstract

Ein Bremssystem zum Abbremsen eines Elektrofahrzeugs weist ein Bremspedal mit einem Bereich der regenerativen Bremsung der Pedalverschiebung von einer Ausgangsstellung des Bremspedals zu einer Position der maximalen Rekuperation des Bremspedals und einem Bereich der mechanischen Bremsung der Pedalverschiebung, der bei der Position der maximalen Rekuperation des Bremspedals beginnt; und eine Bremssteuerung auf, die zum Aktivieren einer Verzögerung des Elektrofahrzeugs basierend auf der Pedalverschiebung konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung zum Aktivieren einer Verzögerung des Elektrofahrzeugs basierend auf einer regenerativen Bremsung innerhalb des Bereiches der regenerativen Bremsung und basierend auf einer mechanischen Bremsung innerhalb des Bereiches der mechanischen Bremsung konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung ferner zum Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung gemäß einem Ladezustand einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs konfiguriert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem zum Abbremsen eines Elektrofahrzeugs und ein Elektrofahrzeug mit solch einem Bremssystem.
Hintergrund
Gegenwärtige Elektrofahrzeuge, insbesondere Hybridfahrzeuge, setzen rekuperative und/oder regenerative Bremstechniken ein, um die kinetische Energie des Fahrzeugs weitestgehend zu nutzen, indem dieselben die elektrische Maschine bzw. den Elektromotor (electric engine) als Generator zum Aufladen einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs und/oder zum Antreiben von Geräten des Fahrzeugs während eines Bremsmanövers verwenden. Durch Einsetzen der regenerativen Bremsung bzw. Nutzbremsung kann die Reichweite der Elektrofahrzeuge deutlich erhöht werden und der Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen erheblich verringert werden, insbesondere in Situationen des Stadtverkehrs, die ein häufiges Bremsen und/oder Beschleunigen involvieren.
Im Falle herkömmlicher Bremssysteme arbeiten normalerweise sowohl eine mechanische Bremse (z.B. eine durch Vakuumdruck betätigte Reibungsbremse zum Abbremsen der Räder des Fahrzeugs) und eine regenerative Bremse parallel, das heißt gleichzeitig, so dass tatsächlich eine nicht optimale Menge an Energie zurückgewonnen werden kann. Um solche herkömmlichen Systeme zu verbessern, wurden hoch entwickelte kooperative Bremssysteme von bestimmten Lieferanten und/oder Herstellern eingeführt. Diese Systeme, z.B. iBooster von Bosch, liefern eine direkte Verteilung der Bremsleistung an eine mechanische Bremse und eine E-Maschinen-Bremse in Abhängigkeit von der spezifischen Fahrsituation. Beispielsweise kann in dem regenerativen Modus unter durchschnittlichen Fahrbedingungen die Bremsleistung der E-Maschine verwendet werden. Jedoch kann die verfügbare Leistung der E-Maschine abhängig von Faktoren, wie beispielsweise Geschwindigkeit und Ladezustand der Batterie, variieren. Infolgedessen kann in spezifischen Fällen und/oder für spezifische Ladezustände der Batterie die Reibungsbremse verwendet werden, um die regenerative Bremsung zu unterstützten und/oder zu ersetzen, z.B. zur schnellen Verzögerung, bei niedriger Geschwindigkeit und/oder in stationären Situationen.
Solche hoch entwickelten Systeme sind insbesondere im Falle von Elektromotoren mit einer hohen Leistungsabgabe nützlich. In einigen Anwendungsfällen, z.B. Mild-Hybride oder andere Hybride mit kleinen Elektromotoren, kann die regenerative Bremsung jedoch beschränkt sein. In diesen und anderen Fällen können die oben erwähnten Lösungen übertechnisiert und/oder zu kostspielig sein.
Das Dokument US 7.232.192 B2 beschreibt ein System zum Abbremsen der Räder eines hydraulischen Hybridfahrzeugs, das einen Verstellungs- bzw. Verschiebungsbereich mit fester Totzone aufweist, der die Betätigung der Rad-Reibungsbremsen verzögert, während das Pedal verschoben wird.
Das Dokument US 9.266.507 B2 beschreibt ein einstellbares Brakeby-Wire-Pedalsystem, bei dem eine Ausgangsstellung des Pedals eingestellt wird.
Offenbarung der Erfindung
Demnach besteht eine Notwendigkeit, einfachere und kosteneffizientere Lösungen für Bremssysteme von Elektrofahrzeugen zu finden, die das Rekuperationspotenzial ausschöpfen und dem Fahrer ein konsistentes Bremsgefühl liefern können.
Zu diesem Zweck liefert die vorliegende Erfindung ein Bremssystem nach Anspruch 1 und ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 10.
Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Bremssystem zum Abbremsen eines Elektrofahrzeugs ein Bremspedal mit einem Bereich der regenerativen Bremsung der Pedalverschiebung von einer Ausgangsstellung des Bremspedals zu einer Position der maximalen Rekuperation des Bremspedals und einem Bereich der mechanischen Bremsung der Pedalverschiebung, der bei der Position der maximalen Rekuperation des Bremspedals beginnt; und eine Bremssteuerung auf, die zum Aktivieren einer Verzögerung des Elektrofahrzeugs basierend auf den Pedalverschiebungen konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung zum Aktivieren der Verzögerung des Elektrofahrzeugs basierend auf der regenerativen Bremsung innerhalb des Bereiches der regenerativen Bremsung und basierend auf der mechanischen Bremsung innerhalb des Bereiches der mechanischen Bremsung konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung ferner zum Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung gemäß einem Ladezustand einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs konfiguriert ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Elektrofahrzeug einen Elektromotor, eine Traktionsbatterie und ein Bremssystem nach der Erfindung auf.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist, einen definierten Bereich der reibungsfreien Bremsung in einem Bremspedal vorzusehen, der nur zur rekuperativen Bremsung verwendet wird und in einer ersten Phase der Bremsung aktiviert wird, nachdem das Bremspedal betätigt wurde. Um ein potenzielles undefiniertes und/oder inkonsistentes Bremspedalgefühl des Fahrers zu vermeiden, beispielsweise wenn die Traktionsbatterie vollständig geladen ist, stellt die Bremssteuerung den Bereich der regenerativen Bremsung entsprechend ein. Infolgedessen ist es möglich, die maximale verfügbare Rekuperationsleistung in einer ersten Stufe des Bremsprozesses anzulegen. Die mechanischen Reibungsbremsen werden, wenn überhaupt, nur dann anschließend verwendet, wenn der Fahrer das Bremspedal über den Bereich der regenerativen Bremsung hinaus betätigt. Dies ist insbesondere relevant, wenn die Kapazität der regenerativen Bremsung für das Bremsmanöver nicht ausreichend ist.
Die vorliegende Lösung verbessert folglich die Kraftstoffeffizienz und CO2-Verringerung und erweitert im Allgemeinen die Reichweite des Fahrens. Zudem wird ein Verschleiß der mechanischen (Reibungs-)Bremsen verringert und schließlich werden Kosten eingespart. Veränderungen der rekuperativen Bremsung aufgrund des Ladezustands der Traktionsbatterie werden kompensiert und somit wird dem Fahrer ein konstantes Bremsgefühl geboten. Die Bremssteuerung der vorliegenden Erfindung kann insbesondere in dem Bremspedal integriert sein. In diesem Fall kann das vorliegende System in erster Linie bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Bremssystemen nachgerüstet werden, da nur das Bremspedal selbst ausgetauscht werden muss.
Es ist klar, dass der Ausdruck „Elektrofahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, die zumindest einen Elektromotor aufweisen, und Motorräder und Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen mit zumindest einer zusätzlichen elektrischen Maschine (z.B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden) beinhaltet. Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge. Zudem sollte klar sein, dass Elektrofahrzeuge nach der Erfindung ferner andere Fahrzeuge mit einem Elektromotor beinhalten, z.B. Elektrofahrräder. Im letzteren Fall kann das Bremssystem der Erfindung beispielsweise eine Fahrradbremse betreffen. Der Ausdruck „Bremspedal“, wie hierin verwendet, bezeichnet im Allgemeinen eine mechanische Bremssteuervorrichtung, die von einem Fahrer betätigt werden kann, um das Elektrofahrzeug abzubremsen. Es ist klar, dass sich ein Bremspedal nach der Erfindung nicht nur auf Vorrichtungen, die durch einen Fuß betätigt werden (ein Bremspedal im wörtlichen Sinne), sondern auch auf Vorrichtungen bezieht, die durch eine Hand oder ähnlich betätigt werden, (z.B. ein Bremshebel eines Fahrrads).
Vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen zu finden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung zum Reduzieren des Bereiches der regenerativen Bremsung mit zunehmendem Ladezustand der Traktionsbatterie konfiguriert sein. Die Bremssteuerung kann insbesondere konfiguriert sein, um den Bereich der regenerativen Bremsung mit zunehmendem Ladezustand der Traktionsbatterie kontinuierlich zu reduzieren. Der Bereich der regenerativen Bremsung kann folglich in Übereinstimmung mit dem Ladezustand der Traktionsbatterie verkleinert werden. Im Prinzip kann der Bereich der regenerativen Bremsung verkleinert werden, bis derselbe eine vernachlässigbare Länge erreicht, was bedeutet, dass die regenerative Bremsung gar nicht genutzt wird und die mechanische Bremse unmittelbar nach dem Betätigen des Bremspedals aktiviert wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung konfiguriert sein, mit dem Reduzieren des Bereiches der regenerativen Bremsung zu beginnen, wenn der Ladezustand der Traktionsbatterie einen im Voraus definierten Ladungsschwellenwert überschreitet. In diesem Fall kann die regenerative Bremsung vollständig genutzt werden, solange der Ladezustand der Traktionsbatterie den im Voraus definierten Schwellenwert nicht überschreitet. Sobald dies geschieht, kann der Bereich der regenerativen Bremsung reduziert werden, z.B. kontinuierlich.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung zum Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung konfiguriert sein, so dass eine maximale verfügbare Rekuperation des Elektrofahrzeugs an der Position der maximalen Rekuperation des Bremspedals erreicht wird. In diesem Fall wird das Rekuperationspotenzial des Elektromotors und/oder der Traktionsbatterie vollständig genutzt. Die Verwendung der mechanischen Bremsung, z.B. vakuumunterstützte Reibungsbremsung, kann auf Fälle reduziert werden, in denen die vollständige Leistung der regenerativen Bremsung nicht ausreichend ist, um das angeforderte Bremsmanöver durchzuführen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung zum Reduzieren des Bereiches der regenerativen Bremsung auf im Wesentlichen null konfiguriert sein, wenn sich die Traktionsbatterie in einem Fehlerzustand befindet und/oder die Traktionsbatterie vollständig geladen ist. Ein Fehlerzustand der Traktionsbatterie kann beispielsweise ein beliebiger Fall eines Systemausfalls der Traktionsbatterie sein, in dem die Batterie nicht (vollständig) betriebsfähig ist. Allgemeiner kann ein Fehlerzustand der Traktionsbatterie allgemeiner als ein beliebiger Fall eines Systemausfalls definiert werden, in dem die elektrischen Bauteile des Antriebsstrangs nicht vollständig betriebsfähig sind. Bei einem bestimmten Beispiel kann der Elektromotor, das heißt die elektrische Maschine, ausgeschaltet werden, von der Traktionsbatterie getrennt werden und/oder nicht betriebsfähig sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung eine Pedal-Einstellvorrichtung aufweisen, die zum Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung konfiguriert ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bremssteuerung in dem Bremspedal integriert und/oder auf demselben angebracht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann lediglich die Pedal-Einstellvorrichtung in dem Bremspedal integriert und/oder auf demselben angebracht sein. Bei diesem speziellen Beispiel kann das Bremssystem problemlos bei bestehenden Systemen nachgerüstet werden, da nur das Bremspedal durch das Bremspedal der vorliegenden Erfindung ersetzt werden muss (wobei Letzteres die Pedal-Einstellvorrichtung und/oder die Bremssteuerung aufweist).
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Pedal-Einstellvorrichtung eine lineare Pedal-Einstellvorrichtung, die zum linearen Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung konfiguriert ist, eine exzentrische Pedal-Einstellvorrichtung, die zum Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung mit einem exzentrischen Element konfiguriert ist, und/oder eine sich drehende Pedal-Einstellvorrichtung aufweisen, die zum drehbaren Einstellen des Bereiches der regenerativen Bremsung konfiguriert ist. Beispielsweise kann die lineare Pedal-Einstellvorrichtung als kleiner Elektromotor konfiguriert sein, der einen Schieber in horizontaler Richtung in einem Langloch innerhalb des Bremspedals bewegen kann, wobei das Langloch zum Definieren des Bereiches der regenerativen Bremsung verwendet wird. Der Schieber kann das Langloch progressiv schließen und folglich den Bereich der regenerativen Bremsung reduzieren. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann ein Zahnradantrieb verwendet werden, der ein Zahnrad aufweist, das durch einen Elektromotor angetrieben wird und mit einer sich verschiebenden Zahnstange in mechanischer Verbindung steht, wobei der Elektromotor auf dem Bremspedal befestigt sein kann. Bei einem anderen Beispiel kann ein Elektromotor ein exzentrisches Element bewegen, z.B. drehen, das aufgrund der spezifischen Form desselben unterschiedliche Bereiche der regenerativen Bremsung durch Schließen eines Langloches liefern kann, das den Bereich der regenerativen Bremsung definiert. Der Elektromotor sowie das exzentrische Element können auf dem Bremspedal befestigt sein. Bei einem anderen Beispiel kann die Pedal-Einstellvorrichtung als drehbarer Hebel oder ähnlich konfiguriert sein, z.B. ein mit einem Gewinde versehener Schaft einer Spindel (Antrieb), die durch einen auf dem Bremspedal befestigten Elektromotor angetrieben wird. Eine Drehung im Uhrzeigersinn kann das Langloch vergrößern und eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn kann das Langloch verkleinern oder umgekehrt, wobei folglich der Bereich der regenerativen Bremsung vergrößert oder verkleinert wird. Alternativ kann der Spindelantrieb zum Verlängern oder Verkürzen einer Stößelstange des Bremssystems verwendet werden, die das Ansprechen der mechanischen Bremsung definiert. In diesem Fall kann der Elektromotor auf der Stößelstange befestigt sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Bereich der regenerativen Bremsung durch eine längliche Öffnung innerhalb des Bremspedals definiert sein. Die längliche Öffnung kann hinsichtlich der Länge einstellbar sein, um den Bereich der regenerativen Bremsung einzustellen. Die längliche Öffnung kann insbesondere durch die Pedal-Einstellvorrichtung hinsichtlich der Länge einstellbar sein, um den Bereich der regenerativen Bremsung einzustellen. Beispielsweise kann eine Stößelstange des Bremssystems zur Aktivierung der mechanischen Bremse innerhalb eines horizontal angeordneten Langloches des Bremspedals über ein Lagerelement montiert sein, das mit dem Langloch derart verschiebbar arretiert ist, dass das Bremspedal nur beginnt, die Stößelstange zu schieben, und folglich die mechanische Bremse aktiviert, wenn das Lagerelement ein entferntes Ende des Langlochs in Bezug auf die Stößelstange berührt.
Die Erfindung wird in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen detaillierter erläutert werden, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der vorgesehenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden schnell verstanden werden, da dieselben durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen in den Figuren ähnliche Bezugsnummern ähnliche oder funktionsähnliche Bauteile.

1 stellt schematisch ein Beispiel einer Bremsleistung als Funktion der Pedalverschiebung nach einem herkömmlichen Bremssystem dar.
2 stellt schematisch eine Bremsleistung als Funktion der Pedalverschiebung für ein Bremssystem nach einer Ausführungsform der Erfindung dar.
3 stellt beispielhaft eine regenerative Bremsleistung als Funktion der Pedalverschiebung für verschiedene Ladezustände einer Traktionsbatterie des Bremssystems der 2 dar.
4 stellt schematisch eine Bremsleistung als Funktion der Pedalverschiebung für verschiedene Ladezustände der Traktionsbatterie der 3 dar.
5 stellt eine Öffnungslänge einer länglichen Öffnung, die bei dem Bremssystem der 2 verwendet wird, für verschiedene Ladezustände einer Traktionsbatterie dar.
6 zeigt schematisch ein herkömmliches Bremssystem nach einem Beispiel.
7 zeigt schematisch ein Bremssystem nach einer Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt schematisch ein Bremssystem nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt schematisch ein Bremssystem nach noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
10 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug mit einem der Bremssysteme der 7 bis 9.

Zwar werden spezifische Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben, aber für jemanden mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik wird klar sein, dass die spezifischen Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben werden, durch eine Vielfalt alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen ersetzt werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll im Allgemeinen alle Adaptionen oder Variationen der spezifischen Ausführungsformen decken, die hierin erörtert werden.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 stellt schematisch ein Beispiel einer Bremsleistung 22 als Funktion der Pedalverschiebung 21 nach einem herkömmlichen Bremssystem 10' dar, z.B. wie in 6 dargestellt. Dieses Beispiel eines herkömmlichen Bremssystems 10' weist ein Bremspedal 1 mit einer Fußauflage 12 auf, die an einem Bremshebel 11 angebracht ist, wobei Letzterer an einem Elektrofahrzeug (nicht dargestellt) an einem Drehpunkt 14 montiert ist. Das Bremspedal ist ferner mit einer Stößelstange 13 derart verbunden, dass die Stößelstange 13 eine mechanische Bremse des Bremssystems 10' aktiviert, wenn die Fußauflage 12 nach unten gedrückt und/oder nach vorne gedrückt bzw. geschoben wird (links in 6, vgl. Pfeile). Das Bremssystem 10' kann derart konfiguriert sein, dass zwei Bremsmechanismen parallel zueinander wirken, und zwar eine mechanische Bremse, die durch die Stößelstange 13 betätigt wird, und eine regenerative Bremse, die durch einen Elektromotor und eine Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs angetrieben wird. Die mechanische Bremse kann beispielsweise eine vakuumverstärkte Reibungsbremse der Räder des Elektrofahrzeugs sein.
Wie in 1 zu sehen ist, ist eine Gesamtbremsleistung 22d die Summe der regenerativen Bremsleistung 22a der regenerativen Bremse und der mechanischen Bremsleistung 22c der mechanischen Bremse, wobei die regenerative Bremsleistung bei diesem bestimmten Beispiel 40% der Gesamtbremsleistung 22d liefert. Wie ferner zu sehen ist, wird die maximale regenerative Bremsleistung 22b nur am äußersten rechten Ende des Funktionsplans, das heißt für sehr hohe Werte der Pedalverschiebung 21, vollständig ausgeschöpft. Bei geringeren Werten der Pedalverschiebung 21 wird jedoch nur ein Bruchteil der maximalen regenerativen Bremsleistung 22b verwendet. Infolgedessen wird bei diesem herkömmlichen Fall das Kraftstoffeinsparungspotenzial der regenerativen Bremsung nicht vollständig ausgeschöpft.
2 zeigt andererseits die Bremsleistung 22 als Funktion der Pedalverschiebung 21 für ein Bremssystem 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall wird die Pedalverschiebung 21 in zwei Bereiche unterteilt, und zwar einen Bereich 2 der regenerativen Bremsung der Pedalverschiebung, der von einer Ausgangsstellung 2a des Bremspedals 1 zu einer Position 2b der maximalen Rekuperation des Bremspedals verläuft, und einen Bereich 3 der mechanischen Bremsung der Pedalverschiebung, der bei der Position 2b der maximalen Rekuperation des Bremspedals 1 beginnt. Dies bedeutet, dass ein typischer Bremsprozess zwei Stufen aufweist: einen regenerativen Bremsprozess als eine erste Stufe (unmittelbar nach dem Aktivieren des Bremspedals 1) und einen anschließenden mechanischen Bremsprozess als eine zweite Stufe (wenn das Bremspedal 1 über die Position 2b der maximalen Rekuperation hinaus bewegt wird). Das Bremssystem 10, insbesondere das Bremspedal 1, kann als eine Ausführungsform der Ausführungsformen nach den 7 bis 9 konfiguriert sein, die nachstehend detaillierter beschrieben werden. Die Bremssysteme 10 können in ein Elektrofahrzeug 100 integriert sein, wie beispielhaft in 10 gezeigt. Das Elektrofahrzeug 100 kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug mit einerseits einem Verbrennungsmotor 24 und andererseits einem mit einer Traktionsbatterie 6 verbundenen Elektromotor 23 sein.
Wie in 2 zu sehen ist, ist die Gesamtbremsleistung 22d wieder die Summe der regenerativen Bremsleistung 22a der regenerativen Bremsung und der mechanischen Bremsleistung 22c der mechanischen Bremsung. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Fall der 1 trägt bei dieser Ausführungsform der Erfindung die regenerative Bremsleistung 22a jedoch ausschließlich zu der Gesamtbremsleistung 22d innerhalb des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung bei. Die mechanische Bremsung wird nur aktiviert, nachdem die Pedalverschiebung 21 die Position 2b der maximalen Rekuperation erreicht, und folglich trägt die mechanische Bremsleistung 22c zu der Gesamtbremsleistung 22d nur nach diesem Punkt (innerhalb des Bereiches 3 der mechanischen Bremsung) bei. Diese Vorkehrung stellt sicher, dass die Bremsung und folglich das Energieeinsparungspotenzial der regenerativen Bremsung vollständig ausgeschöpft wird. Die mechanische Bremsung wird nur genutzt, wenn die maximale regenerative Bremsleistung 22b nicht ausreichend ist, um das angeforderte Bremsmanöver durchzuführen, d.h. wenn das Bremspedal 1 über die Position 2b der maximalen Rekuperation hinaus gedrückt wird.
3 zeigt beispielhaft die regenerative Bremsleistung 22a des Bremssystems 10 der 2 als Funktion der Pedalverschiebung 21 für verschiedene Ladezustände 5 der Traktionsbatterie 6. Hier bezieht sich die durchgezogene Linie auf einen Ladezustand 5 zwischen 0 und 70%, die gepunktete Linie auf einen Ladezustand 5 von 80%, die mit kurzen Strichen versehene Linie auf einen Ladezustand 5 von 90% und die mit langen Strichen versehene Linie auf einen Ladezustand 5 von 100%. Wie aus 3 für dieses bestimmte Beispiel abgeleitet werden kann, kann die maximale regenerative Bremsleistung 22b nur im Falle genutzt werden, dass der Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 zwischen 0 und 70% ist. Für höhere Werte des Ladezustands 5 ist nur eine verringerte Menge der regenerativen Bremsleistung 22a verfügbar. Im Extremfall einer vollständig geladenen Traktionsbatterie 6 ist eine regenerative Bremsung nicht möglich und kann folglich nicht zur regenerativen Bremsleistung 22b beitragen.
4 stellt schematisch eine Bremsleistung 22 als Funktion der Pedalverschiebung 21 für verschiedene Ladezustände 5 der Traktionsbatterie 6 des Bremssystems 10 der 2 dar. Wie hier zu sehen ist, wird der Bereich 2 der regenerativen Bremsung kleiner, wenn der Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 den Schwellenwert von 70% passiert, und verringert sich im Falle einer vollständig geladenen Traktionsbatterie 6, bis derselbe im Grunde null ist. In diesem Fall trägt nur die mechanische Bremsleistung 22c zu der Gesamtbremsleistung 22d bei. Für den Fachmann wird sofort klar sein, dass die spezifischen Werte der Batterieladungen und die Funktionswerte für die Bremsleistung lediglich als Beispiel geliefert sind und sich in anderen Ausführungsformen der Erfindung von diesen bestimmten Werten unterscheiden werden.
5 stellt eine Öffnungslänge 9 einer horizontalen, länglichen Öffnung 8, die in dem Bremssystem 10 der 2 verwendet wird, für verschiedene Ladezustände 5 der Traktionsbatterie 6 dar. Wie in Bezug auf die 7 bis 9 detailliert erläutert werden wird, wird die längliche Öffnung 8 zum Definieren des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung verwendet werden. Durch Variieren der Länge der länglichen Öffnung 8 kann die Länge des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung eingestellt werden. Die längliche Öffnung 8 definiert in diesem Sinne einen Bereich des „freien Hubs“ des Bremspedals 1, in dem keine mechanische Bremsung stattfindet und nur die rekuperative Bremsung verwendet wird. Der Pfeil in 5 gibt an, dass die Öffnungslänge 9 der länglichen Öffnung 8 von einem Ladezustand 5 zwischen 0 und 70% zu einer vollständig geladenen Traktionsbatterie 6 von 100% kontinuierlich reduziert werden kann (vgl. Pfeil in 4). In diesem Fall reduziert sich die längliche Öffnung 8 auf eine kreisrunde Öffnung, die keinen Bereich 2 der regenerativen Bremsung liefert, und das Bremssystem 10 aktiviert sofort die mechanische Bremsung, sobald das Bremspedal 1 betätigt wird.
7 zeigt schematisch ein Bremssystem 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie oben beschrieben wurde, weist das Bremssystem 10 ein Bremspedal 1 mit einem Bereich 2 der regenerativen Bremsung der Pedalverschiebung von einer Ausgangsstellung 2a des Bremspedals 1 zu einer Position 2b der maximalen Rekuperation des Bremspedals 1 und einem Bereich 3 der mechanischen Bremsung der Pedalverschiebung auf, der bei der Position 2b der maximalen Rekuperation des Bremspedals 1 beginnt. Der Bereich 2 der regenerativen Bremsung ist durch eine längliche Öffnung 8 innerhalb des Bremspedals 1 definiert, in der eine Stößelstange 13 des Bremspedals 1 montiert ist und die hinsichtlich der Länge 9 einstellbar ist, um den Bereich 2 der regenerativen Bremsung zu variieren (vgl. schwarzer Pfeil auf der rechten Seite in 7) .
Das Bremssystem 10 weist ferner eine Bremssteuerung 4 auf, die zum Aktivieren der Verzögerung des Elektrofahrzeugs 10 basierend auf der Pedalverschiebung konfiguriert ist. Insbesondere ist die Bremssteuerung 4 zum Aktivieren der Verzögerung des Elektrofahrzeugs 100 ausschließlich basierend auf der regenerativen Bremsung innerhalb des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung und basierend auf der mechanischen Bremsung innerhalb des Bereiches 3 der mechanischen Bremsung konfiguriert.
Die Bremssteuerung 4 ist ferner zum Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung gemäß dem Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 des Elektrofahrzeugs 100 konfiguriert. Zu diesem Zweck weist die Bremssteuerung 4 eine Steuereinheit 20 auf, die mit der Traktionsbatterie 6 und/oder dem Elektromotor 23 und/oder anderen Bauteilen des Elektrofahrzeugs 100 kommunikativ bzw. kommunizierend verbunden sein kann und ein Prozessor, ein Mikrocontroller oder ähnliches sein kann. Die Bremssteuerung 4 dieser Ausführungsform weist ferner eine Pedal-Einstellvorrichtung 7a auf, die an dem Bremspedal 1 angebracht ist und zum Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung konfiguriert ist. Insbesondere ist die Pedal-Einstellvorrichtung 7a als lineare Pedal-Einstellvorrichtung 7a zum linearen Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung konfiguriert. Genauer weist die lineare Pedal-Einstellvorrichtung 7a ein gezahntes Rad bzw. Zahnrad 16 auf, das durch einen elektrischen Einstellmotor 15 angetrieben wird und im Gegenzug eine sich verschiebende gezahnte und/oder mit Schlitzen versehene Stange 17 antreibt, wobei Letztere die längliche Öffnung 8 vergrößert oder verkleinert. Die folglich eingestellte Öffnungslänge 9 der länglichen Öffnung 8 definiert andererseits, an welchem Punkt die Stößelstange 13 innerhalb der länglichen Öffnung 8 durch Betätigen/Drücken des Bremspedals 1 nach einem definierten Bereich des „freien Hubs“ durch die längliche Öffnung 8 aktiviert wird, in dem nur die regenerative Bremsung verwendet wird. Infolgedessen ist die lineare Pedal-Einstellvorrichtung 7a zum kontinuierlichen Reduzieren und/oder Vergrößern des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung fähig. Die Bremssteuerung 4 ist insbesondere zum Reduzieren des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung über die lineare Pedal-Einstellvorrichtung 7a mit einem zunehmenden Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 konfiguriert, wenn der Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 einen im Voraus definierten Ladungsschwellenwert, z.B. 70%, wie zuvor ausgeführt, überschreitet. Die Bremssteuerung 4 ist zusammen mit der linearen Pedal-Einstellvorrichtung 7a und der länglichen Öffnung 8 zum Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung konfiguriert, so dass eine maximale verfügbare Rekuperation von 100% des Elektrofahrzeugs 100 nach einer Pedalverschiebung gleich dem Bereich 2 der regenerativen Bremsung erreicht wird.
Die Bremssteuerung 4 ist ferner zum Reduzieren des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung auf im Wesentlichen null konfiguriert, wenn sich die Traktionsbatterie 6 in einem Fehlerzustand befindet und/oder die Traktionsbatterie 6 vollständig geladen ist. Ein Fehlerzustand der Traktionsbatterie 6 kann beispielsweise ein beliebiger Fall eines Systemausfalls der Traktionsbatterie 6, in dem die Batterie 6 nicht vollständig betriebsfähig ist, oder allgemeiner ein beliebiger Fall eines Systemausfalls sein, in dem die elektrischen Bauteile des Antriebsstrangs des Elektrofahrzeugs 100 nicht vollständig betriebsfähig sind.
Die Bremssteuerung 4 kann dann zuerst prüfen, ob die Traktionsbatterie 6 funktionsfähig ist. Im Falle eines Fehlers wird der Bereich 2 der regenerativen Bremsung auf null gesetzt. Anderenfalls beurteilt die Bremssteuerung 4 den Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6. Wenn der Ladezustand 5 beispielsweise zwischen 0% und 70% beträgt, kann der Bereich 2 der regenerativen Bremsung auf einen Höchstwert (MAX) gesetzt werden. Wenn der Ladezustand 5 einen Ladungsschwellenwert y überschreitet, bei diesem Beispiel ist y=70%, kann die Bremssteuerung 4 den Bereich 2 der regenerativen Bremsung kontinuierlich gemäß der folgenden Formel einstellen: $rbr = MAX - (MAX/ 100 - y) * (SOC - y),$
wobei rbr der Bereich 2 der regenerativen Bremsung (regenerative-braking range) und SOC der Ladezustand 5 (state of charge) ist. Infolgedessen kann in diesem Fall der Bereich 2 der regenerativen Bremsung zwischen einem Höchstwert (für y von 0% bis 70%) und null (für y = 100%) variiert werden.
Die 8 und 9 stellen ähnliche Ausführungsformen eines Bremssystems 10 dar, wobei unterschiedliche Konfigurationen der Pedal-Einstellvorrichtung 7b, 7c geliefert sind. 8 weist eine exzentrische Pedal-Einstellvorrichtung 7b auf, die zum Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung mit einem exzentrischen Element 11 konfiguriert ist, das durch ein Zahnrad 16b angetrieben wird, das im Gegenzug durch ein anderes Zahnrad 16a angetrieben wird, das mit einem elektrischen Einstellmotor 15 verbunden ist. Aufgrund der Exzentrizität des exzentrischen Elements 11 sind nicht-lineare Einstellungen und/oder Variationen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung möglich.
Die Ausführungsform der 9 ist andererseits mit einer sich drehenden Pedal-Einstellvorrichtung 7c ausgestattet, die als Spindelantrieb mit einem elektrischen Einstellmotor 15 und einer Gewindespindel 19 zum drehbaren Einstellen des Bereiches 2 der regenerativen Bremsung konfiguriert ist. Beispielsweise kann eine Drehung im Uhrzeigersinn die längliche Öffnung 8 vergrößern, während eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn die längliche Öffnung 8 verkleinern kann.
Schließlich wird der Bereich 2 der regenerativen Bremsung gemäß dem Ladezustand 5 der Traktionsbatterie 6 derart eingestellt, dass die Bewegung des Bremspedals 1 Ladungsschwankungen kompensiert und dem Fahrer folglich ein konstantes Bremsgefühl liefert. Das Potenzial der regenerativen Bremsung wird vollständig ausgeschöpft, da eine mechanische Bremsung nur aktiviert wird, nachdem die maximale regenerative Bremsleistung 22b durch die regenerative Bremsung bereitgestellt wird. Dies führt zu einer höheren CO2-Verringerung und/oder Erweiterung der Reichweite des Fahrens sowie einem verringerten Verschleiß der mechanischen Bremsen, z.B. vakuumverstärkte Reibungsbremsen. Letztendlich werden Kosten reduziert. Im Prinzip können die Ausführungsformen der 7 bis 9 herkömmliche Systeme, wie das in 6, ersetzen. Zu diesem Zweck kann es ausreichend sein, lediglich das Bremspedal 1 durch die Bremspedale 1 der 7 bis 9 zu ersetzen, da die Bremsen-Einstellvorrichtungen bzw. Bremssteller 4 in den Bremspedalen 1 integriert sind.
In der vorangehenden detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale in einem oder mehreren Beispielen oder Beispielen zum Zwecke des Rationalisierens der Offenbarung als Gruppe zusammengefasst. Es sollte klar sein, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht beschränkend sein soll. Es ist vorgesehen, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente zu decken. Viele andere Beispiele werden für jemanden mit Fähigkeiten in der Technik beim Prüfen der obigen Beschreibung offensichtlich sein.
Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktischen Anwendungen derselben am besten zu erläutern, um dadurch anderen mit Fähigkeiten in der Technik zu ermöglichen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen am besten zu nutzen, die für die bestimmte Verwendung geeignet sind, die in Erwägung gezogen wird. Viele andere Beispiele werden für jemanden mit Fähigkeiten in der Technik beim Prüfen der obigen Beschreibung offensichtlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Bremspedal
2: Bereich der regenerativen Bremsung
2a: Ausgangsstellung
2b: Position der maximalen Rekuperation
3: Bereich der mechanischen Bremsung
4: Bremssteuerung
5: Ladezustand
6: Traktionsbatterie
7a: Lineare Pedal-Einstellvorrichtung
7b: Exzentrische Pedal-Einstellvorrichtung
7c: Sich drehende Pedal-Einstellvorrichtung
8: Längliche Öffnung
9: Öffnungslänge
10, 10': Bremssystem
11: Bremshebel
12: Fußauflage
13: Stößelstange
14: Drehpunkt
15: Elektrischer Einstellmotor
16, 16a, 16b: Zahnrad
17: Sich verschiebende gezahnte/geschlitzte Stange
18: Exzentrisches Element
19: Gewindespindel
20: Steuereinheit
21: Pedalverschiebung
22: Bremsleistung
22a: Regenerative Bremsleistung
22b: Maximale regenerative Bremsleistung
22c: Mechanische Bremsleistung
22d: Gesamtbremsleistung
23: Elektromotor
24: Verbrennungsmotor
100: Elektrofahrzeug

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

US 7232192 B2 [0005]
US 9266507 B2 [0006]

Claims

Bremssystem (10) zum Abbremsen eines Elektrofahrzeugs (100), aufweisend: ein Bremspedal (1) mit: einem Bereich (2) der regenerativen Bremsung der Pedalverschiebung von einer Ausgangsposition (2a) des Bremspedals (1) zu einer Position (2b) der maximalen Rekuperation des Bremspedals (1) und einem Bereich (3) der mechanischen Bremsung der Pedalverschiebung, der bei der Position (2b) der maximalen Rekuperation des Bremspedals (1) beginnt; und eine Bremssteuerung (4), die zum Aktivieren einer Verzögerung des Elektrofahrzeugs (100) basierend auf der Pedalverschiebung konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung (4) zum Aktivieren der Verzögerung des Elektrofahrzeugs (100) basierend auf einer regenerativen Bremsung innerhalb des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung und basierend auf einer mechanischen Bremsung innerhalb des Bereiches (3) der mechanischen Bremsung konfiguriert ist, wobei die Bremssteuerung (4) ferner zum Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung gemäß einem Ladezustand (5) einer Traktionsbatterie (6) des Elektrofahrzeugs (100) konfiguriert ist.
Bremssystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Bremssteuerung (4) konfiguriert ist, um insbesondere kontinuierlich den Bereich (2) der regenerativen Bremsung mit zunehmenden Ladezustand (5) der Traktionsbatterie (6) zu reduzieren.
Bremssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bremssteuerung (4) zum Beginnen mit dem Reduzieren des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung konfiguriert ist, wenn der Ladezustand (5) der Traktionsbatterie (6) einen im Voraus definierten Ladungsschwellenwert überschreitet.
Bremssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bremssteuerung (4) zum Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung konfiguriert ist, so dass eine maximale verfügbare Rekuperation des Elektrofahrzeugs (100) nach einer Pedalverschiebung gleich dem Bereich (2) der regenerativen Bremsung erreicht wird.
Bremssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bremssteuerung (4) zum Reduzieren des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung auf im Wesentlichen null konfiguriert ist, wenn sich die Traktionsbatterie (6) in einem Fehlerzustand befindet und/oder die Traktionsbatterie (6) vollständig geladen ist.
Bremssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bremssteuerung (4) eine Pedal-Einstellvorrichtung (7a, 7b, 7c) aufweist, die zum Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung konfiguriert ist.
Bremssystem (10) nach Anspruch 6, wobei die Bremssteuerung (4), insbesondere die Pedal-Einstellvorrichtung (7a, 7b, 7c), in dem Bremspedal integriert und/oder auf demselben angebracht ist.
Bremssystem (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Pedal-Einstellvorrichtung (7a, 7b, 7c) zumindest eine lineare Pedal-Einstellvorrichtung (7a), die zum linearen Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung konfiguriert ist, eine exzentrische Pedal-Einstellvorrichtung (7b), die zum Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung mit einem exzentrischen Element (11) konfiguriert ist, und/oder eine sich drehende Pedal-Einstellvorrichtung (7c) aufweist, die zum drehbaren Einstellen des Bereiches (2) der regenerativen Bremsung konfiguriert ist.
Bremssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Bereich (2) der regenerativen Bremsung durch eine längliche Öffnung (8) innerhalb des Bremspedals (1) definiert ist, wobei die längliche Öffnung (8) hinsichtlich der Länge (9) einstellbar ist, um den Bereich (2) der regenerativen Bremsung einzustellen.
Elektrofahrzeug (100) mit einem Elektromotor (23), einer Traktionsbatterie (6) und einem Bremssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.