DE102019133676A1

DE102019133676A1 - Verfahren zur Steuerung des Bremsbetriebs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019133676A1
Application number: DE102019133676.7A
Authority: DE
Inventors: Roman Strasser
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US20210170878A1; CN112937309A; CN112937309B; US11970083B2

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Bremsbetriebs eines Kraftfahrzeugs (1) umfassend wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine (2), die in einen eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs (1) erwirkenden generatorischen Betrieb schaltbar ist, sowie eine Reibungsbremseinrichtung (4) mit mehreren, jeweils einem Rad zugeordneten Reibbremsen (5) mit Bremselementen (7), die über ein Stellmittel gegen eine Bremsscheibe (6) bewegbar sind, wobei im Bremsfall zunächst mit der in den generatorischen Betrieb geschalteten Antriebsmaschine (2) bis zum Erreichen eines ersten Schwellwerts (S1) der Rekuperationsleistung (Rk) oder Verzögerung gebremst wird, wonach zusätzlich benötigte Bremsleistung (Rb) durch die ab Erreichen des Schwellwerts (S1) ebenfalls betätigte Reibungsbremseinrichtung (4) bereitgestellt wird, wobei bereits mit Erreichen eines zweiten Schwellwerts (S2) der Rekuperationsleistung (Rk) oder der Verzögerung, der niedriger ist als der erste Schwellwert (S1), die Reibungsbremseinrichtung (4) derart angesteuert wird, dass die Bremselemente (7) gegen die Bremsscheiben (6) bewegt werden, wobei dieser Zustand bis zum Erreichen des ersten Schwellwerts (S1) beibehalten bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Bremsbetriebs eines Kraftfahrzeugs umfassend wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine, die in einen eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs erwirkenden generatorischen Betrieb schaltbar ist, sowie eine Reibungsbremseinrichtung mit mehreren, jeweils einem Rad zugeordneten Reibbremsen mit Bremselementen, die über ein Stellmittel gegen eine Bremsscheibe bewegbar sind, wobei im Bremsfall zunächst mit der in den generatorischen Betrieb geschalteten Antriebsmaschine bis zum Erreichen eines ersten Schwellwerts der Rekuperationsleistung oder Verzögerung gebremst wird, wonach zusätzlich benötigte Bremsleistung durch die ab Erreichen des Schwellwerts ebenfalls betätigte Reibungsbremseinrichtung bereitgestellt wird.
Moderne Kraftfahrzeuge mit einer elektrischen Antriebsmaschine, also einem Elektromotor, der aus einer entsprechend dimensionierten Batterie gespeist wird, bieten neben der Möglichkeit eines rein elektrischen Antriebs auch die Möglichkeit, das Fahrzeug über die elektrische Antriebsmaschine abzubremsen und hierbei Energie zu rekuperieren, die zum Laden der Batterie in diese eingespeist wird. Hierzu wird die Antriebsmaschine, wenn beispielsweise durch Erfassung einer Bremspedalbetätigung ein Bremswunsch erfasst wurde, oder wenn im Falle eines (teil)autonomen Fahrbetriebs eine ein Verzögern erforderliche Situation erfasst wurde, in einen generatorischen Betrieb geschaltet, in dem die Elektromaschine also nicht mehr als Motor, sondern als Generator arbeitet, der über die Bewegungsenergie des Fahrzeugs angetrieben wird. Je nach eingesteuerter Generatorleistung kann der Grad der Verzögerung variiert werden, damit einhergehend aber auch die Rekuperationsleistung, also die generierte und in der Batterie einspeisbare Strommenge. Diese generatorische oder Rekuperationsbremsung wird nur bis zu einem bestimmten Schwellwert der Rekuperationsleistung oder Verzögerung, der deutlich unterhalb der maximalen technischen Rekuperationsleistung oder Verzögerung liegt, genutzt. Eine darüber hinausgehende Verzögerung wird mit der Reibungsbremseinrichtung bereitgestellt und neben dem Bereitstellen dieser zusätzlichen Bremseinrichtung natürlich auch als zweites, aktives Bremssystem fungiert, das im Notfall den eigentlichen Bremsbetrieb übernehmen kann.
Im üblichen Betrieb erfolgt der Bremsbetrieb derart, dass zunächst bei moderatem Bremsen ausschließlich über die in den Generatorbetrieb geschaltete Antriebsmaschine gebremst wird. Erst wenn der Verzögerungsgrad respektive die Rekuperationsleistung der Antriebsmaschine einen ersten Schwellwert erreicht, wird die darüber hinaus benötigte Bremsleistung über die dann zusätzlich parallel zugeschaltete Reibungsbremseinrichtung zur Verfügung gestellt. Man spricht hierbei vom sogenannten „Bremsblending“, nachdem in diesem Fall beide Bremseinrichtungen aktiviert sind und ab Erreichen des ersten Schwellwerts mit zunehmender Bremsleistung die Reibungsbremseinrichtung immer stärker mitbremst wird.
Der erste Schwellwert der Rekuperationsleistung oder Verzögerung, bis zu dem rekuperativ gebremst wird, kann jedoch nicht allzu hoch angesetzt werden, da bei einem Ausfall der Rekuperationsbremse vor Erreichen dieses ersten Schwellwerts die Reibungsbremse nicht aktiv ist und es einer gewissen, wenngleich kurzen Zeit bedarf, bis die Reibungsbremse die ausgefallene Rekuperationsbremse vollständig ersetzen kann, also den Bremsbetrieb übernehmen kann. Denn es bedarf einer gewissen Zeit, um die Reibungsbremseinrichtung entsprechend anzusteuern, also beispielsweise bei einer elektro-hydraulisch arbeitenden Reibungsbremseinrichtung den Bremsfluiddruck aufzubauen und die Bremselemente gegen die rotierenden Bremsscheiben zu bewegen, oder im Falle einer elektro-mechanischen Bremseinrichtung die elektrischen Stellelemente, also die Elektromotoren, entsprechend anzusteuern, so dass diese die Bremselemente gegen die Bremsscheiben bewegen und die gleiche Verzögerung erwirken, wie zuvor die ausgefallene Rekuperationsbremseinrichtung. Diese Zeitverzögerung kann zu einer Gefahrensituation führen kann, da innerhalb dieses Übernahmezeitintervalls keine oder nur eine stark reduzierte Bremsleistung zur Verfügung steht. Dieser aus Sicherheitsgründen relativ niedrig angesetzte Schwellwert führt nun dazu, dass zwangsläufig das Rekuperationspotential nur teilweise ausgeschöpft wird, da eben nur bis zu einer niedrigeren maximalen Rekuperationsleistung rekuperativ gebremst werden kann, obgleich das elektrische System bzw. die Rekuperationsbremse deutlich mehr zuließe, und eine zusätzlich benötigte Bremsleistung ab dann ausschließlich auf rein mechanischem Wege über die Reibungsbremseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Die technisch mögliche maximale Rekuperationsleistung der elektrischen Antriebsmaschine wird also nicht ausgenutzt bzw. nur bis zu einem bestimmten Schwellwert der Rekuperationsleistung oder Verzögerung, der deutlich unterhalb der maximalen technischen Rekuperationsleistung oder Verzögerung liegt, genutzt.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Steuerung des Bremsbetriebs eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bereits mit Erreichen eines zweiten Schwellwerts der Rekuperationsleistung oder der Verzögerung, der niedriger ist als der erste Schwellwert, die Reibungsbremseinrichtung derart angesteuert wird, dass die Bremselemente gegen die Bremsscheiben bewegt werden, wobei dieser Zustand bis zum Erreichen des ersten Schwellwerts beibehalten bleibt.
Erfindungsgemäß wird ein zweiter, verglichen mit dem ersten Schwellwert niedrigerer Schwellwert vorgesehen, der definiert, ab wann die Reibungsbremseinrichtung bereits angesteuert und quasi „vorgespannt“ wird. Wird im Rahmen eines Bremsvorgangs die Rekuperationsleistung respektive die Generatorleistung sukzessive erhöht, entsprechend natürlich auch die Verzögerung, so ist bis zum Erreichen des zweiten Schwellwerts ein „vorspannen“ der Reibungsbremseinrichtung nicht erforderlich, da die Verzögerung relativ gering ist und selbst bei einem Ausfall der Rekuperationsbremse eine sofortige Übernahme durch die Reibungsbremse möglich ist. Erst mit Erreichen des zweiten Schwellwerts wird die Reibungsbremseinrichtung über eine entsprechende Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert, so dass die Bremselemente bereits ab diesem frühen Zeitpunkt gegen die bzw. in Richtung der Bremsscheiben bewegt werden, mithin also die Reibungsbremseinrichtung in einen vorbereiteten Zustand gebracht wird, in dem sie aber noch nicht aktiv mitbremst, also kein relevantes Bremsmoment erzeugt. Dieser Zustand, also diese Position der Bremselemente, bleibt dann aufrecht erhalten, auch wenn die Rekuperations- oder Generatorleistung und damit die Verzögerung weiter erhöht wird, mithin also immer stärker gebremst wird. Erst wenn der erste Schwellwert erreicht wird, bis zu dem die Rekuperations- oder Generatorleistung maximal erhöht werden kann, übernimmt die vorgespannte Reibungsbremseinrichtung die zusätzliche Bremsleistung, das heißt, dass die Bremselemente nun mit entsprechendem Druck gegen die Bremsscheiben gedrückt werden, um zusätzlich zur nun konstanten Rekuperationsverzögerung das Fahrzeug zu verzögern.
Kommt es nach Überschreiten des zweiten Schwellwerts jedoch zu einem Ausfall der Rekuperationsbremse, so kann die Reibungsbremseinrichtung unmittelbar den Bremsbetrieb übernehmen, da sie wie ausgeführt bereits vorbereitet oder „vorgespannt“ ist, mithin also die Bremselemente bereits in eine Übernahmeposition relativ zu den Bremsscheiben bewegt wurden, so dass nunmehr nur noch durch eine entsprechend schnell respektive unmittelbar zu erwirkende Erhöhung des Bremsdrucks oder Stellbewegung der Stellmotoren die volle, ab dem Rekuperationsbremsausfall benötigte Bremsleistung zur Verfügung gestellt wird. Die Übernahme des kompletten Bremsbetriebs allein durch die Reibungsbremseinrichtung im Intervall zwischen dem zweiten Schwellwert und dem ersten Schwellwert geht damit extrem schnell und quasi ohne merkliche Verzögerung vonstatten, da die Reibungsbremseinrichtung bereits vorbereitet bzw. „vorgespannt“ ist.
Dieser Umstand eröffnet nun zu der Möglichkeit, den ersten Schwellwert deutlich höher zu setzen als bisher möglich. Denn aufgrund der Möglichkeit zur (nahezu) verzögerungsfreien Übernahme des vollen Bremsbetriebs durch die Reibungsbremseinrichtung im Falle eines Ausfalls der Rekuperationsbremse kann der vollständige Bremsbetrieb eben auch dann sichergestellt werden, wenn mit relativ hoher Rekuperations- oder Generatorleistung gebremst wird, also mit einer sehr starken Verzögerung, da die Reibungsbremseinrichtung im Problemfall nahezu ohne zeitliche Verzögerung die volle Bremsleistung zur Verfügung stellen kann. Der Umstand, dass nun innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer deutlich höheren maximalen Rekuperations- oder Generatorleistung gearbeitet werden kann, führt damit aber zwangsläufig dazu, dass das Rekuperationspotential deutlich weiter ausgeschöpft werden kann, mithin also im Rahmen des rekuperativen Bremsbetriebs deutlich mehr Strom erzeugt wird und demzufolge in die Batterie gespeist oder anderen Verbrauchern zugeführt werden kann, was folglich die Rückgewinnung wesentlich effizienter gestaltet als bisher üblich. Das heißt, dass ein vom Rekuperationspotential her deutlich effizienter Bremsbetrieb gegeben ist, bei gleichzeitiger Gewährleistung eines extrem hohen Sicherheitsstandards aufgrund der erfindungsgemäß vorgespannten Reibungsbremseinrichtung zur unmittelbar, vollständigen Übernahme des Bremsbetriebs im Problemfall.
Es ist natürlich möglich, den Rädern aller Achsen, also bei einem PKW den beiden Achsen, jeweils eine solche Scheibenbremse zuzuordnen und bei Bedarf entsprechend anzusteuern. Denkbar ist es aber auch, nur den Rädern einer Achse, insbesondere der Vorderachse, Scheibenbremsen zuzuordnen, und an der anderen Achse Trommelbremsen vorzusehen.
Der zweite Schwellwert sollte z.B. im Intervall zwischen 10 - 40 % der maximalen Rekuperationsleistung oder zwischen z.B. 0,1 - 0,4 g Verzögerung liegen. Zweckmäßig ist es, den zweiten Schwellwert eher niedriger anzusetzen, um die Reibungsbremseinrichtung bereits zu einem relativ frühen Zeitpunkt in den vorbereiteten Zustand zu bringen. Der zweite Schwellwert kann bevorzugt zwischen 15 - 35 % der maximalen Rekuperationsleistung, insbesondere zwischen 20 - 30 % der maximalen Rekuperationsleistung liegen, oder bevorzugt zwischen 0,15 - 0,35 g Verzögerung, insbesondere zwischen 0,2 - 0,3 g Verzögerung. Die Prozentwerte der Rekuperationsleistung beziehen sich auf die maximale technisch mögliche Rekuperationsleistung als Bezugsbasis. Die Werte allgemein sind nur beispielhaft und nicht beschränkend. Der konkrete Schwellwert kann in Abhängigkeit der elektrischen Kennwerte bzw. Leistungswerte der Antriebsmaschine festgelegt werden. Der Zeitpunkt, zu dem der Vorspannvorgang eingeleitet wird, kann z.B. in Abhängigkeit des Bremsverhaltens des Fahrers bestimmt werden, so dass z.B. bei einem Fahrer, der sportlich bremst, also schnell und stark verzögert, bereits kurz vor Erreichen eines Zielwerts der Rekuperationsleistung bzw. Verzögerung, zu dem der Vorspannvorgang abgeschlossen sein soll, die Ansteuerung erfolgt, so dass sichergestellt ist, dass mit Erreichen des Zielwerts die Reibungsbremseinrichtung vorgespannt ist. D.h., dass der zweite Schwellwert, z.B. innerhalb eines Werteintervalls, variabel und z.B. an das Fahrerverhalten anpassbar ist.
Im Rahmen des „Vorspannens“ der Reibungsbremseinrichtung sind zwei unterschiedliche Varianten denkbar. Zum einen kann mit Erreichen des zweiten Schwellwerts im Rahmen der Bewegung der Bremselemente nur der Abstand der Bremselemente zur Bremsscheibe verringert werden. Die Brems-elemente, also die Bremsbeläge sind geringfügig von der Bremsscheibe beabstandet. Dieser Weg ist im Rahmen der Zuschaltung der Reibungsbremseinrichtung zu überbrücken, um die Bremselemente in Reibkontakt zur rotierenden Bremsscheibe zu bringen. Gemäß der beschriebenen Erfindungsvariante kann nun dieser Abstand im Rahmen der Vorspannung oder Vorbereitung der Reibungsbremseinrichtung verringert werden, so dass im Übernahmefall nur noch ein deutlich geringerer Bewegungsweg gegeben ist. Alternativ hierzu ist es natürlich denkbar, im Rahmen des Vorspannens oder Vorbereitens die Bremselemente bereits in geringer Reibanlage an die Bremsscheiben zu bringen. Das heißt, dass die Brems-elemente im Intervall zwischen dem zweiten und dem ersten Schwellwert bereits in leichter Reib- oder Schleifanlage zur Bremsscheibe stehen, wobei hiermit ein tatsächliches Bremsmoment nicht erzeugt wird. Vielmehr wird hierüber lediglich sichergestellt, dass letztlich der gesamte Bewegungsweg der Bremselemente bereits gestellt ist und es nachfolgend im Rahmen der vollständigen Übernahme im Problemfall nur noch um die entsprechende Einstellung des erforderlichen Bremselementdrucks geht, nicht aber mehr um eine aktive Wegstellung.
Als Reibungsbremseinrichtung kann entweder eine elektro-hydraulisch arbeitende Bremseinrichtung mit einem Stellmittel in Form eines Bremsfluids vorgesehen sein, wobei mit Erreichen des zweiten Schwellwerts der Druck des Bremsfluids zum Bewegen der Bremselemente erhöht wird. Die entsprechende Steuerungseinrichtung ist also dazu eingerichtet, im Rahmen der „Vorspannung“ den Bremsfluiddruck entsprechend zu erhöhen.
Alternativ kann auch eine elektro-mechanische Bremseinrichtung mit elektrischen Stellelementen zum Bewegen der Bremselemente vorgesehen sein, wobei die Stellelemente mit Erreichen des zweiten Schwellwerts zum Bewegen der Bremselemente entsprechend angesteuert werden. Hier kommen also Stellelemente in Form geeigneter kleiner Elektromotoren zum Einsatz, die die Bewegung der Bremselemente erwirken. Diese Elektromotoren werden nun über die Steuerungseinrichtung entsprechend angesteuert, um die Bremselemente im gewünschten Maß zu bewegen.
Neben dem Verfahren selbst betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine, die in einen eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs erwirkenden generatorischen Betrieb schaltbar ist, sowie eine Reibungsbremseinrichtung mit mehreren, jeweils einem Rad zugeordneten Reibbremsen mit Bremselementen, die über ein Stellmittel gegen eine Bremsscheibe bewegbar sind, wobei im Bremsfall zunächst mit der in den generatorischen Betrieb geschalteten Antriebsmaschine bis zum Erreichen eines ersten Schwellwerts der Rekuperationsleistung oder Verzögerung gebremst wird, wonach zusätzlich benötigte Bremsleistung durch die ab Erreichen des Schwellwerts ebenfalls betätigte Reibungsbremseinrichtung bereitgestellt wird. Das Kraftfahrzeug ist zur Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art ausgebildet.
Es ist natürlich möglich, den Rädern aller Achsen, also bei einem PKW den beiden Achsen, jeweils eine solche Scheibenbremse zuzuordnen und bei Bedarf entsprechend anzusteuern. Denkbar ist es aber auch, nur den Rädern einer Achse, insbesondere der Vorderachse, Scheibenbremsen zuzuordnen, und an der anderen Achse Trommelbremsen vorzusehen.
Insbesondere umfasst die Reibungsbremseinrichtung wenigstens eine Steuerungseinrichtung, die zur Steuerung der Reibbremsen in Abhängigkeit der Rekuperationsleistung oder der Verzögerung eingerichtet ist, mithin also in der Lage ist, in Abhängigkeit der beiden Stellwerte die entsprechende Steuerung der Reibungsbremseinrichtung vorzunehmen. Der Steuerungseinrichtung liegen natürlich sämtliche entsprechenden, der Steuerung oder Regelung zugrunde zu legenden Steuer- oder Regelparameter vor, also insbesondere der momentane Grad der Rekuperationsbremsung, also die momentane Rekuperations- oder Generatorleistung, gestützt auf welcher Ist-Rekuperations- oder Generatorleistung überprüft wird, inwieweit der zweite Schwellwert erreicht ist und folgend der erste Schwellwert erreicht ist, um je nach gegebener Situation die Reibungsbremseinrichtung entsprechend anzusteuern. Vergleichbar sind in der Steuerungseinrichtung entsprechende Werte zur Ist-Verzögerung vorhanden, gestützt auf welche der entsprechende Schwellwertvergleich erfolgt, wenn die Steuer- oder Regelbasis die Verzögerung ist.
Das Kraftfahrzeug respektive die Steuerungseinrichtung der Reibungsbremseinrichtung kann ferner derart ausgebildet respektive eingerichtet sein, dass sie den Stellbetrieb der Bremselemente derart steuert, dass diese mit Erreichen des zweiten Schwellwerts nur zur Verringerung des Abstands zur Bremsscheibe bewegt werden, ohne in Anlage zur Bremsscheibe zu gelangen. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung auch dazu eingerichtet sein, den Stellbetrieb so zu steuern, dass die Bremselemente bereits in leichte Reibanlage zur Bremsscheibe gebracht werden. Hiermit verbunden ist nicht die Erzeugung eines nennenswerten Bremsmoments, sondern lediglich eine reine Kontaktanlage, die jedoch für eine noch schnellere Übernahme des vollständigen Bremsbetriebs im Falle des Ausfalls der Rekuperationsbremseinrichtung vorteilhaft ist.
Als Reibungsbremseinrichtung kann eine elektro-hydraulisch arbeitende Reibungsbremseinrichtung mit einem Stellmittel in Form eines Bremsfluids vorgesehen sein, wobei die Steuerungseinrichtung zum Erhöhen des Drucks des Bremsfluids mit Erreichen des zweiten Schwellwerts eingerichtet ist. Alternativ kann auch eine elektro-mechanische Reibungsbremseinrichtung mit elektrischen Stellelementen zum Bewegen der Bremselemente vorgesehen sein, wobei die Steuerungseinrichtung zum Ansteuern der Stellelemente mit Erreichen des zweiten Schwellwerts eingerichtet ist.
Der zweite Schwellwert sollte zwischen 10 - 40 %, insbesondere 15 - 35 und bevorzugt 20 - 30 % der maximalen Generator- oder Rekuperationsleistung betragen, oder alternativ zwischen 0,1 - 0,4 g Verzögerung, vorzugsweise 0,15 - 0,35 g Verzögerung und insbesondere 0,2 - 0,3 g Verzögerung betragen. Die Werte sind nur beispielhaft und nicht beschränkend.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 eine Prinzipdarstellung eines ordnungsgemäß ablaufenden Bremsvorgangs in Form eines Diagramms, und
3 eine Prinzipdarstellung eines fehlerhaften Bremsvorgangs in Form eines Diagramms.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Es umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 2, also einen Elektromotor, der aus einer Batterie 3 gespeist wird. Diese Antriebsmaschine 2 kann neben dem das Fahrzeug antreibenden, motorischen Betrieb auch in einen zum Bremsen respektive Verzögern des Kraftfahrzeugs dienenden generatorischen Betrieb oder Generatorbetrieb umgeschaltet werden, im Rahmen dessen die Antriebsmaschine 2 Strom produziert, der z.B. in die Batterie 3 gespeist wird, um diese zu laden. Es kann also auf rekuperativem Wege das Kraftfahrzeug 1 verzögert werden und der gewonnene Strom zurückgespeist werden.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Reibungsbremseinrichtung 4, umfassend vier den einzelnen Rädern zugeordnete Reibbremsen 5, jeweils umfassend eine Bremsscheibe 6 sowie diesen zugeordnete Bremselemente 7, die über ein nicht näher gezeigtes Stellmittel zum aktiven Bremsen gegen die rotierend mit dem Rad verbundene Bremsscheibe 6 bewegbar sind. Die Reibungsbremseinrichtung 4 kann entweder elekto-hydraulisch arbeiten, das heißt, dass als Bremsmittel ein entsprechendes Bremsfluid vorgesehen ist, das unter entsprechenden Druck gesetzt wird, um die Bremselemente 7 zu bewegen. Alternativ kann es sich auch um eine elektrisch-mechanische Reibungsbremseinrichtung 4 handeln, das heißt, dass als Stellmittel entsprechende Elektromotoren vorgesehen sind, die die jeweiligen Bremselemente 7 bewegen.
Unabhängig davon, wie nun die Reibungsbremseinrichtung 4 konzipiert ist, umfasst sie wenigstens eine Steuerungseinrichtung 8, die den Betrieb der Reibungsbremseinrichtung 4 steuert. Über sie kann beispielsweise die Erzeugung des entsprechenden Bremsdrucks eingeregelt werden, oder die entsprechenden Elektromotoren angesteuert werden etc. Üblicherweise weist ein solches Kraftfahrzeug ein Bremspedal auf, dessen Position erfasst werden kann, wobei die Steuerung der Reibungsbremseinrichtung 4 beispielsweise in Abhängigkeit der Bremspedalstellung, der Bremskraft, des Bremsdrucks oder Ähnlichem erfolgen kann.
Die Reibungsbremseinrichtung 4 ist ein zweites, aktives Bremssystem, das zusätzlich zum generatorischen Bremssystem, realisiert über die in den Generatorbetrieb umschaltbare Antriebsmaschine 2, vorgesehen ist. Die Reibungsbremseinrichtung 4 dient einerseits dazu, bei stärkeren Bremsvorgängen die Rekuperationsbremse 2 zu unterstützen respektive zusätzlich benötigte Bremsleistung zur Verfügung zu stellen. Andererseits dient sie auch als Notfallsystem, über das der gesamte Bremsbetrieb erfolgen kann, sollte es aus welchem Grund auch immer zu einem Problem innerhalb des rekuperativen Bremssystems kommen, beispielsweise also einem Ausfall der Antriebsmaschine 2.
Die Steuerungseinrichtung 8 ist nun in der Lage, innerhalb der Reibungsbremseinrichtung 4 die Reibbremsen 5 in unterschiedliche Betriebszustände zu bringen, und zwar abhängig davon, wie der momentan ablaufende Rekuperationsbremsbetrieb verläuft. Denn wie beschrieben wird natürlich versucht, primär nur rekuperativ zu bremsen, um das Energiegewinnungspotential dieses Bremssystems ausschöpfen zu können, also einen effizienten Fahrzeugbetrieb zu gewährleisten. Jedoch sind diesem rekuperativen Bremssystem Grenzen gesetzt, bis wohin es betrieben werden kann, wobei dann zusätzlich die Reibungsbremseinrichtung 4 aktiviert wird.
2 zeigt in Form eines reinen Prinzipdiagramms die grundsätzliche Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs respektive des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Längs der Ordinate ist, ohne jede zuzuordnende Maßzahl, ganz allgemein die Rekuperationsleistung Rk, also die Brems- oder Generatorleistung, die über die in den Generatorbetrieb geschaltete Antriebsmaschine 2 geliefert wird, aufgetragen. Zusätzlich ist die Reibbremsleistung Rb aufgetragen, also die Leistung, die die Reibungsbremseinrichtung 4 zur Verfügung stellt. Längs der Ordinate ist, ebenfalls ohne Maßzahl, die Zeit aufgetragen.
Grundsätzlich gilt, dass die Rekuperationsbremsung nur bis zu einem vorbestimmten, ersten Schwellwert S1 der Rekuperationsleistung erfolgt. Wird also das Bremspedal betätigt, sei also angenommen, dass ein immer kräftigeres Bremsen erforderlich ist, so steigt mit zunehmender Dauer des Bremsvorgangs die rekuperative Bremsleistung immer stärker an, bis zum maximal zulässigen ersten Schwellwert S1, ab welchem die Rekuperationsleistung respektive Generatorleistung nicht mehr erhöht werden kann. Ab diesem Zeitpunkt wird die zusätzliche Bremsleistung, die bei weiterem Durchtreten des Bremspedals angefordert wird, durch die Reibungsbremseinrichtung 4 zur Verfügung gestellt, das heißt, dass zusätzlich zur Rekuperationsbremse nun auch die Reibungsbremse die immer stärker werdende Gesamtverzögerung erwirkt. Im Diagramm gemäß 2 ist dies anhand der Kurven K1, die die Kurve der Rekuperationsleistung darstellt, und der Kurve K2, die die Kurve der Reibungsbremsleistung zeigt, dargestellt. Ersichtlich steigt die Kurve K1 zunächst an (im gezeigten Beispiel linear, was aber nicht zwingend der Fall sein muss), bis sie im Zeitpunkt t_S1 den ersten Schwellwert S1 erreicht und verläuft ab dann konstant, das heißt, dass sich die Rekuperationsleistung nicht weiter erhöht. Im Gegenzug steigt mit Erreichen des ersten Schwellwerts S1 im Zeitpunkt t_S1 ersichtlich die Reibungsbremsleistung an, die additiv zur ab dann konstanten Rekuperationsleistung ist.
2 ist des Weiteren ein spezifischer Kurvenverlauf in Bezug auf die Kurve K2 zu entnehmen, der anzeigt, dass die Reibungsbremseinrichtung 4 bis zum Zeitpunkt t_S1 nicht in einem gänzlich inaktiven Zustand ist. Vielmehr wird die Reibungsbremseinrichtung 4 auf eine etwaige vollständige Bremsübernahme vorbereitet, wie nachfolgend in Bezug auf 3 noch beschrieben wird.
Gezeigt ist im Diagramm gemäß 2 ein zweiter Schwellwert S2 in Bezug auf die Rekuperationsleistung, also die Kurve K1. Ersichtlich ist der zweite Schwellwert S2 deutlich niedriger als der erste Schwellwert S1. Nimmt die Rekuperationsleistung im Rahmen des Bremsvorgangs zu, so wird mit Erreichen des zweiten Schwellwerts S2 auch die Reibungsbremseinrichtung 4 angesteuert, und zwar dergestalt, dass über die Steuerungseinrichtung 8 die Reibbremsen 5 angesteuert werden respektive also entweder der Bremsfluiddruck etwas erhöht wird bzw. die Stellmotoren entsprechend angesteuert werden, so dass die Bremselemente 7 in minimalem Reibkontakt, also Reibeingriff mit den Bremsscheiben 6 gebracht werden. Dies findet im Zeitpunkt t_S2 statt und zeigt sich in dem geringen Sprung in dem Kurvenast K2' in der Kurve K2, wobei dieser Sprung hier übertrieben groß dargestellt ist, da tatsächlich mit dem bloßen in Kontaktbringen der Bremselemente 7 mit den Bremsscheiben 6 keine aktive Erzeugung eines Reibungsbremsmoments verbunden ist, das heißt, dass keine Reibungsbremsleistung damit verbunden ist. Es geht vielmehr ausschließlich um ein „Vorspannen“ respektive „Vorbereiten“ der Reibungsbremseinrichtung 4 in Bezug auf eine etwaige vollständige Übernahme des Bremsbetriebs bei Ausfall der Rekuperationsbremse, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Das heißt also, dass der Sprung in der Kurve K2 zum Zeitpunkt t_S2 übertrieben dargestellt ist und lediglich veranschaulichen soll, dass es zu einer aktiven Ansteuerung der Reibungsbremseinrichtung 4 kommt, um diese „vorzuspannen“ und hierbei lediglich die Bremselemente 7 in Kontakt mit den Bremsscheiben 6 zu bringen. Dieser im Kurvenast K2' eingenommene Zustand bleibt bei fortgesetztem Bremsvorgang bis zum Erreichen des ersten Schwellwerts S1 und damit bis zum Zeitpunkt t_S1 beibehalten. Da ab diesem Zustand ohnehin die Reibungsbremseinrichtung 4 den zusätzlichen Bremsbeitrag liefern muss, wird ab diesem Zeitpunkt dann, siehe den Verlauf der Kurve K2, die zusätzliche Bremsleistung über die Reibungsbremseinrichtung 4 geliefert.
3 zeigt ausgehend von der korrekten Grundfunktionalität, wie in Bezug auf 2 beschrieben, einen Kurvenverlauf, wie er sich im Falle eines Ausfalls der Rekuperationsbremse über die Antriebsmaschine 2 einstellt. Angenommen wird, dass auch hier ein zunächst regulärer Bremsvorgang eingeleitet wird. Ersichtlich steigt wiederum die Kurve K1 der Rekuperationsleistung der Antriebsmaschine 2. Mit Erreichen des zweiten Schwellwerts wird wiederum die Reibungsbremseinrichtung 4 vorgespannt, es kommt wieder zu dem (auch hier wiederum übertrieben dargestellten) Sprung zum Zeitpunkt t_S2 seitens der Kurve K2 der Reibbremsleistung, die Bremselemente werden wieder in Kontakt bzw. geringer Reibanlage zu den Bremsscheiben 6 vorgespannt. Mit zunehmendem Bremsvorgang und ansteigender Rekuperationsleistung und damit immer stärkerem Bremsen kommt es im Zeitpunkt t₃ jedoch zu einem Totalausfall der Rekuperationsbremse, das heißt, dass die Antriebseinrichtung 2 nicht mehr aktiv bremsen kann. Unmittelbar damit einher respektive mit minimalster Zeitverzögerung übernimmt jedoch die Reibungsbremseinrichtung 4 den vollständigen Bremsbetrieb, das heißt, dass die Reibungsbremsleistung schlagartig stark erhöht wird, um die auf Null abfallende Rekuperationsbremsleistung vollständig kompensieren zu können und auch eine kontinuierlich steigernde Bremsleistung zur Verfügung zu stellen. Dies zeigt sich im Verlauf der Kurve K2, die unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₃ einen starken Sprung zeigt, um letztlich in Bezug auf die Gesamtbremsleistung die Kurve K1 quasi fortzusetzen.
Essentiell hierbei ist, dass es zu einer wenn überhaupt nur vernachlässigbaren zeitlichen Verzögerung der Bereitstellung des vollen Bremsmoments respektive der vollen Bremsleistung über die Reibungsbremseinrichtung 4 nach dem Ausfall der Rekuperationsbremse kommt, das heißt, dass der extreme Sprung der Kurve K2 nur minimal verzögert zum extremen Abfall der Kurve K1 erfolgt respektive die beiden Vorgänge nur im Millisekundenbereich voneinander verzögert stattfinden. Denn die Tatsache, dass die Bremselemente 7 bereits in wenngleich geringe Schleifkontaktanlage zu den Bremsscheiben 6 gebracht sind, ermöglicht es der Steuerungseinrichtung 8, unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₃ und damit dem Ausfall der Rekuperationsbremse die Reibbremsen 5 nun derart anzusteuern, dass diese das volle Bremsmoment zur Verfügung stellen. Das heißt, dass z.B. die Stellmotoren nun so angesteuert werden, dass sie die Bremselemente 7 mit dem erforderlichen Druck zur Erzeugung des Kurvensprungs der Kurve K2 gegen die Bremsscheiben drücken. Dieser minimale Zeitversatz wird aufgrund der „Vorspannung“ oder „Vorbereitung“ der Reibungsbremseinrichtung 4 ermöglicht. Dabei spielt es keine Rolle, zu welchem Zeitpunkt innerhalb der Zeitpunkte t_S2-t_S1 es zu einem Ausfall der Rekuperationsbremse kommt, da innerhalb dieses Zeitpunkts wie beschrieben die Reibungsbremseinrichtung 4 permanent „vorgespannt“ ist und daher jederzeit den vollen Rekuperationsbetrieb übernehmen kann.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass, da die Reibungsbremseinrichtung zu jeder Zeit in der Lage ist, die vollständige Bremsleistung zur Verfügung zu stellen, auch der erste Schwellwert S1 höher gesetzt werden kann, als bei bisher bekannten Systemen. Damit verbunden ist aber auch eine bessere Ausnutzung des Rekuperationspotentials der Rekuperationsbremse, das heißt, dass deutlich mehr Strom rekuperiert und in die Batterie 3 rückgespeist werden kann, als bei bisher bekannten Systemen. Gleichwohl besteht eine vollständige Rückfallsicherheit im Problemfall, da die Reibungsbremseinrichtung 4 zu jeder Zeit zur vollständigen, verzögerungsfreien Übernahme des vollständigen Bremsbetriebs vorbereitet ist.
Wenngleich 3 ein Beispiel mit einem Totalausfall der Rekuperationsbremse zeigt, ist das erfindungsgemäße System gleichermaßen bei einem Teilausfall der Rekuperationsbremse, wenn diese also aus welchem Grund auch immer nur einen Teil der tatsächlich geforderten Bremsleistung zur Verfügung stellen kann, einsetzbar. Denn aufgrund der „Vorspannung“ ist auch hier die Reibungsbremseinrichtung 4 zu jedem Zeitpunkt ab Erreichen des Schwellwerts S2 in der Lage, die fehlende Bremsleistung unmittelbar und verzögerungsfrei zur Verfügung zu stellen.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Bremsbetriebs eines Kraftfahrzeugs (1) umfassend wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine (2), die in einen eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs (1) erwirkenden generatorischen Betrieb schaltbar ist, sowie eine Reibungsbremseinrichtung (4) mit mehreren, jeweils einem Rad zugeordneten Reibbremsen (5) mit Bremselementen (7), die über ein Stellmittel gegen eine Bremsscheibe (6) bewegbar sind, wobei im Bremsfall zunächst mit der in den generatorischen Betrieb geschalteten Antriebsmaschine (2) bis zum Erreichen eines ersten Schwellwerts (S1) der Rekuperationsleistung (Rk) oder Verzögerung gebremst wird, wonach zusätzlich benötigte Bremsleistung (Rb) durch die ab Erreichen des Schwellwerts (S1) ebenfalls betätigte Reibungsbremseinrichtung (4) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bereits mit Erreichen eines zweiten Schwellwerts (S2) der Rekuperationsleistung (Rk) oder der Verzögerung, der niedriger ist als der erste Schwellwert (S1), die Reibungsbremseinrichtung (4) derart angesteuert wird, dass die Bremselemente (7) gegen die Bremsscheiben (6) bewegt werden, wobei dieser Zustand bis zum Erreichen des ersten Schwellwerts (S1) beibehalten bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert (S2) zwischen 10 - 40 % der maximalen Rekuperationsleistung (Rk) oder zwischen 0,1 - 0,4 g Verzögerung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) im Rahmen der Bewegung der Bremselemente (7) nur der Abstand der Bremselemente (7) zur Bremsscheibe (6) verringert wird, oder dass die Bremselemente (7) in Reibanlage an die Bremsscheiben (6) gebracht werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulisch arbeitende Reibungsbremseinrichtung (4) mit einem Stellmittel in Form eines Bremsfluids vorgesehen ist, wobei mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) der Druck des Bremsfluids zum Bewegen der Bremselemente (7) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektro-mechanische Bremseinrichtung (4) mit elektrischen Stellelementen zum Bewegen der Bremselemente (7) vorgesehen ist, wobei die Stellelemente mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) zum Bewegen der Bremselemente (7) angesteuert werden.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine (2), die in einen eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs erwirkenden generatorischen Betrieb schaltbar ist, sowie eine Reibungsbremseinrichtung (4) mit mehreren, jeweils einem Rad zugeordneten Reibbremsen (5) mit Bremselementen (7), die über ein Stellmittel gegen eine Bremsscheibe (6) bewegbar sind, wobei im Bremsfall zunächst mit der in den generatorischen Betrieb geschalteten Antriebsmaschine (2) bis zum Erreichen eines ersten Schwellwerts (S1) der Rekuperationsleistung (Rk) oder Verzögerung gebremst wird, wonach zusätzlich benötigte Bremsleistung (Rb) durch die ab Erreichen des Schwellwerts (S1) ebenfalls betätigte Reibungsbremseinrichtung (4) bereitgestellt wird, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremseinrichtung (4) wenigstens eine Steuerungseinrichtung (8) aufweist, die zur Steuerung der Reibbremsen (5) in Abhängigkeit der Rekuperationsleistung (Rk) oder der Verzögerung eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremselemente (7) mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) derart bewegbar sind, dass entweder nur der Abstand der Bremselemente (7) zur Bremsscheibe (6) verringert wird, oder dass die Bremselemente (7) in Reibanlage an die Bremsscheiben (6) bringbar sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulisch arbeitende Reibungsbremseinrichtung (4) mit einem Stellmittel in Form eines Bremsfluids vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung (8) zum Erhöhen des Drucks des Bremsfluids mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektro-mechanische Reibungsbremseinrichtung (4) mit elektrischen Stellelementen zum Bewegen der Bremselemente (7) vorgesehen ist, wobei die Steuerungseinrichtung zum Ansteuern der Stellelemente mit Erreichen des zweiten Schwellwerts (S2) eingerichtet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert (S2) zwischen 10 - 40 % der maximalen Rekuperationsleistung (Rk) oder zwischen 0,1 - 0,4 g Verzögerung beträgt.