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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug.
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Bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen wird üblicherweise eine elektrische Maschine sowohl für ein Antreiben des Kraftfahrzeuges als auch für ein Abbremsen des Kraftfahrzeuges genutzt. Hierbei wird unter dem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug allgemein ein Personenkraftwagen verstanden, welcher entweder einen hybriden Antrieb (Elektromotor und Verbrennungsmotor), sogenannte Plug-In-Hybride, oder einen reinen elektromotorischen Antrieb (Elektromotor) aufweist.
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So ist aus der
DE 10 2011 081 724 A 1 ein Verfahren zur Steuerung einer Verzögerungsanordnung eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einer regenerativen Bremseinrichtung zu entnehmen. Die regenerative Bremseinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, das Kraftfahrzeug mittels eines variablen Bremsmomentes zu verzögern und elektrische Energie entsprechend des Bremsmomentes zu erzeugen.
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Typischerweise weist ein Kraftfahrzeug zu einem Reduzieren einer aktuellen Geschwindigkeit eine mechanische Bremsvorrichtung auf. Bei einem Bremsvorgang und insbesondere bei einem Notbremsvorgang, wird die mechanische Bremsvorrichtung sehr stark mechanisch belastet, was zu einem hohen Verschleiß von Bremsbelägen und/oder Bremsscheiben der mechanischen Bremsvorrichtung führt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, mit deren Hilfe eine zuverlässige und verschleißarme Geschwindigkeitsreduzierung ermöglicht ist.
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Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich hierbei insbesondere um ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art.
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Hierbei weist das Kraftfahrzeug eine mechanische Bremsvorrichtung auf, mittels der eine aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges durch ein mechanisches Bremsmoment reduziert wird. Unter der mechanischen Bremsvorrichtung wird hierbei eine üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzte Reibbremsvorrichtung, beispielsweise nach Art einer Scheibenbremsanlage verstanden.
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Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine auf, mittels der die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges durch ein elektrisches Bremsmoment reduziert wird. Die elektrische Maschine ist hierbei derart ausgebildet, dass sie das Kraftfahrzeug entweder ergänzend zu einem Verbrennungsmotor oder allein antreibt. Unter dem elektrischen Bremsmoment wird hierbei ein zu einem positiven Antriebsmoment entgegengesetztes, also negatives Moment verstanden, durch das die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges reduziert wird.
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Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine Steuereinheit auf, mittels der die elektrische Maschine angesteuert wird. Unter Ansteuern wird hierbei verstanden, dass mittels der Steuereinheit eine Bestromung der elektrischen Maschine entweder zur Erzeugung des positiven Antriebsmoments oder des elektrischen Bremsmoments erfolgt. Zudem wird während einer Fahrt und bevorzugt während der Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit durch das elektrische Bremsmoment elektrische Energie von der elektrischen Maschine in einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie des Kraftfahrzeuges zurückgespeist. Diese Art der Energierückspeisung wird auch als Rekuperation bezeichnet.
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Für normale Bremssituationen des Kraftfahrzeuges wird ein erster Maximalwert des elektrischen Bremsmoments vorgegeben. Für eine Notbremssituation wird ein zweiter, im Vergleich zum ersten Maximalwert, erhöhter Maximalwert des elektrischen Bremsmoments vorgegeben. Unter dem ersten Maximalwert des elektrischen Bremsmoments wird hierbei ein, beispielsweise durch die Steuereinheit vorgegebener und für normale Bremssituationen maximaler Wert des elektrischen Bremsmoments des Kraftfahrzeuges verstanden. D.h. in einer normalen Bremssituation weist das elektrische Bremsmoment maximal den ersten Maximalwert auf.
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Unter dem zweiten, erhöhten Maximalwert wird hierbei ein Wert des elektrischen Bremsmoments verstanden, der einem im Hinblick auf die technische Ausgestaltung der elektrischen Maschine maximal möglichen elektrischen Bremsmoment entspricht. Unter der technischen Ausgestaltung der elektrischen Maschine wird hierbei insbesondere eine Bauart, speziell beispielsweise die Art der elektrischen Maschine, eine Anzahl an Erregerspulen, eine Anzahl an Rotorzähnen etc. verstanden. Mit anderen Worten entspricht der erste Maximalwert einem durch die Steuereinheit - und somit regelungstechnisch - bedingten Maximalwert und der zweite, erhöhte Maximalwert des elektrischen Bremsmoments entspricht einem bauartbedingten Maximalwert. Beispielsweise liegt der zweite, erhöhte Maximalwert betragsmäßig um 20% bis 40% über dem ersten Maximalwert, wobei diese Werte in Abhängigkeit des konkreten Anwendungsfalles hiervon auch abweichen können.
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Unter der Notbremssituation wird hierbei eine Fahrsituation verstanden, in der die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges innerhalb einer möglichst geringen Zeitdauer und/oder innerhalb einer möglichst kurzen, während der Notbremssituation zurückgelegten, Wegstrecke reduziert werden soll. Unter normalen Bremssituationen werden hierbei vorzugsweise alle Fahrsituationen verstanden, die keine Notbremssituationen sind.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass speziell in Notbremssituationen durch die Erhöhung des elektrischen Bremsmoments auf den zweiten, erhöhten Maximalwert ein höheres elektrisches Bremsmoment für die Reduzierung des Kraftfahrzeuges zur Verfügung steht.
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Um in der Notbremssituation die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges durch den zweiten, erhöhten Maximalwert des elektrischen Bremsmoments zu reduzieren, wird dieses in der Notbremssituation bevorzugt von der Steuereinheit eingestellt.
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Üblicherweise setzt sich aus dem mechanischen Bremsmoment und dem elektrischen Bremsmoment ein Gesamtbremsmoment zusammen. In einer ersten Ausgestaltungsvariante wird in der Notbremssituation durch die Einstellung des zweiten, erhöhten Maximalwertes des elektrischen Bremsmoments ein Anteil des mechanischen Bremsmoments an dem Gesamtbremsmoment verringert. Hierdurch ist es erreicht, dass ein Verschleiß der mechanischen Bremsvorrichtung ohne Beeinflussung des Gesamtbremsmoments verringert wird. Ein Lebensdauereinfluss auf die elektrische Maschine durch das Betreiben mittels des zweiten, erhöhten Maximalwertes ist hierbei deutlich geringer als der mechanische Verschleißeinfluss der mechanischen Bremsvorrichtung, wenn die elektrische Maschine lediglich mit dem ersten Maximalwert das elektrische Bremsmoment erzeugt und somit der Anteil des mechanischen Bremsmoments am Gesamtbremsmoment erhöht ist.
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In einer zweiten Ausgestaltungsvariante wird in der Notbremssituation durch die Einstellung des zweiten, erhöhten Maximalwertes des elektrischen Bremsmoments das Gesamtbremsmoment erhöht. D. h. im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen ersten Ausgestaltungsvariante wird hierbei der Anteil des mechanischen Bremsmoments am Gesamtbremsmoment nicht verringert. Vielmehr ergibt sich das Gesamtbremsmoment gemäß der zweiten Ausgestaltungsvariante aus dem mechanischen Bremsmoment und dem (durch die Ansteuerung mittels des zweiten, erhöhten Maximalwertes) erhöhten elektrischen Bremsmoments. Hierdurch ist erreicht, dass ein - wie bereits erwähnt - höheres Gesamtbremsmoment zur Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine von einer Betriebstemperatur der elektrischen Maschine abhängige Beschränkung des ersten Maximalwertes des elektrischen Bremsmoments vorgesehen. Diese auch als „Derating“ bezeichnete Beschränkung dient einem Schutz der elektrischen Maschine insbesondere vor einer Überhitzung. Weiterhin bevorzugt wird der zweite, erhöhte Maximalwert in der Notbremssituation unabhängig von einer Betriebstemperatur der elektrischen Maschine eingestellt. Mit anderen Worten ist für den zweiten, erhöhten Maximalwert keine betriebstemperaturabhängige Beschränkung vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass der zweite, erhöhte Maximalwert des elektrischen Bremsmoments in der Notsituation selbst bei einem aktuell durch die Betriebstemperatur der elektrischen Maschine beschränkten ersten Maximalwertes zur Verfügung steht, um das erhöhte elektrische Bremsmoment für die Notbremssituation zur Verfügung zu stellen.
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Zweckdienlicherweise wird der zweite, erhöhte Maximalwert des elektrischen Bremsmoments in der Notbremssituation lediglich für einen Bremsvorgang, speziell also für die Notbremsung von der Steuereinheit eingestellt. Danach erfolgt bevorzugt ein automatisches Zurücksetzen des elektrischen Bremsmoments auf den ersten Maximalwert. Hierdurch ist erreicht, dass der zweite, erhöhte Maximalwert des elektrischen Bremsmoments speziell lediglich in der Notbremssituation zur Verfügung steht, um Langzeitschäden an der elektrischen Maschine durch die Maximalbelastung zu vermeiden.
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Zweckdienlicherweise werden mittels einer Sensoreinheit und einer Auswerteeinheit Fahrsituationen auf ein Vorliegen der Notbremssituation hin überwacht und ausgewertet. Bei der Sensoreinheit handelt es sich hierbei beispielsweise um ein Radarsensorsystem oder um eine Kamera, die z.B. im Rahmen eines Frühwarn- und/oder Kollisionswarnsystems eine nähere Umgebung des Kraftfahrzeuges auf Objekte untersuchen. Unter Objekten werden hierbei beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer wie beispielsweise andere Kraftfahrzeuge oder statische Objekte wie beispielsweise Leitplanken oder Pfosten verstanden. Unter den Fahrsituationen werden hierbei vorzugsweise alle während einer Fahrt auftretenden Situationen wie beispielsweise eine Fahrt entlang einer Autobahn oder innerhalb einer Stadt, aber auch Reaktionen von anderen Verkehrsteilnehmern, z.B. ein plötzliches Bremsen eines vorausfahrenden Kraftfahrzeuges verstanden.
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Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung wird das Vorliegen der Notbremssituation derart ermittelt, dass ein Schwellenwert einer erforderlichen und/oder angeforderten Verzögerung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges überschritten wird. Hierbei wird unter dem Schwellenwert einer erforderlichen Verzögerung beispielsweise ein Zeitpunkt ab einem Erkennen einer Notbremssituation verstanden, bis zu dem zumindest ein Beginn einer Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges hätte stattfinden müssen. Ergänzend oder alternativ wird unter dem Schwellenwert einer erforderlichen Verzögerung ein so geringer Abstand z.B. zu einem sich vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Objektes verstanden, der eine Notbremssituation erforderlich macht, um eine Kollision zu verhindern.
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Unter dem Schwellenwert der angeforderten Verzögerung wird hierbei beispielsweise eine Intensität der Verzögerung verstanden, die beispielsweise durch eine Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer bereits angefordert ist. Mit anderen Worten liegt hierbei eine Notbremssituation vor, wenn der Fahrer mittels des Bremspedals eine den Schwellenwert der angeforderten Verzögerung überschreitende Verzögerung hervorruft.
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Mit anderen Worten betrifft der Schwellenwert für eine erforderliche Verzögerung Verkehrssituationen und insbesondere Notbremssituationen, bei denen ein manuelles Betätigen des Bremspedals zur Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit durch den Fahrer noch nicht oder überhaupt nicht eingeleitet wurde, während der Schwellenwert der angeforderten Verzögerung bereits eine Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer und somit eine bereits gestartete Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit betrifft.
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Hierdurch werden sowohl vom Fahrer nicht bemerkte Notbremssituationen (die von der Sensoreinheit und der Auswerteeinheit detektiert werden) als auch vom Fahrer durch Betätigen des Bremspedals „erzeugte“ Notbremssituationen erfasst.
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Die Information über die ermittelte Notbremssituation wird anschließend beispielsweise über ein Signal von der Auswerteeinheit an die Steuereinheit übermittelt, wobei die Steuereinheit daran anschließend die elektrische Maschine mit dem zweiten, erhöhten Maximalwert des elektrischen Bremsmomentes angesteuert, sodass eine Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit erreicht wird. Diese Ansteuerung erfolgt hierbei vorzugsweise automatisch, d. h. ohne eine Beteiligung des Fahrers.
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Zweckdienlicherweise wird der erste Maximalwert des elektrischen Bremsmoments durch den Fahrer eingestellt. D. h., dass durch den Fahrer der Anteil des elektrischen Bremsmoments an dem Gesamtbremsmoment beispielsweise in Abhängigkeit verschiedener Fahrmodi ausgewählt werden kann. Mit anderen Worten kann der Fahrer in Abhängigkeit der Fahrmodi einstellen, wie groß das elektrische Bremsmoment in normalen Bremssituationen sein soll. Unter den Fahrmodi werden hierbei beispielsweise ein Eco-Modus (zu einer ökologischen und somit spritsparenden Fahrweise) oder ein Sportmodus (für eine sportlichere Fahrweise) des Kraftfahrzeuges verstanden. Alternativ erfolgt die Einstellung des ersten Maximalwertes des elektrischen Bremsmoments beispielsweise im Rahmen einer Erstkonfiguration, die werksseitig im Rahmen der Fertigung des Kraftfahrzeuges erfolgt. Der erste Maximalwert ist somit folglich entweder variabel einstellbar und als dynamischer Wert ausgebildet oder alternativ als ein starrer Wert einmalig werksseitig voreingestellt.
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Die auf das Kraftfahrzeug gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Das Kraftfahrzeug weist hierbei eine mechanische Bremsvorrichtung zur Reduzierung einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges durch ein mechanisches Bremsmoment auf. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine zur Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges durch ein elektrisches Bremsmoment auf. Zudem weist das Kraftfahrzeug eine Steuereinheit auf, die zur Ansteuerung der elektrischen Maschine ausgebildet ist.
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Für normale Bremssituationen ist hierbei ein erster Maximalwert des elektrischen Bremsmoments vorgegeben. Für eine Notbremssituation ist hierbei ein zweiter, im Vergleich zum ersten Maximalwert erhöhter Maximalwert des elektrischen Bremsmoments vorgegeben.
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Das Kraftfahrzeug ist insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
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Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Kraftfahrzeug zu übertragen und umgekehrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges sowie
- 2 ein skizzierter Verlauf eines ersten Maximalwertes und eines zweiten, erhöhten Maximalwertes eines elektrischen Bremsmoments in Abhängigkeit einer Motorendrehzahl.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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Das in 1 teilweise und schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 2 weist eine mechanische Bremsvorrichtung 4 auf, die im Ausführungsbeispiel als eine zweiteilige Scheibenbremsanlage ausgebildet ist. Hierzu ist an einer Achse 6 des Kraftfahrzeuges 2 jeweils endseitig zusätzlich zu einem Rad 8 eine Bremsscheibe 10 sowie der Einfachheit halber nicht dargestellte Bremsbeläge angeordnet. Die mechanische Bremsvorrichtung 4 erzeugt im Betrieb ein mechanisches Bremsmoment Bm mittels dem eine aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 2 reduziert wird. Zusätzlich weist das Kraftfahrzeug 2 eine elektrische Maschine 12 auf. Das Kraftfahrzeug 2 ist im Ausführungsbeispiel also als ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 ausgebildet. Die elektrische Maschine 12 dient hierbei einem alleinigen oder - in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor - einem unterstützenden Antrieb des Kraftfahrzeuges 2. Weiterhin ist die elektrische Maschine 12 derart ausgebildet, ein elektrisches Bremsmoment Be zu erzeugen, mit dem ebenfalls die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 2 reduziert wird. Die elektrische Maschine 12 wird mittels einer Steuereinheit 14 angesteuert und ist hierzu mit der elektrischen Maschine 12 verbunden. Für normale Bremssituationen wird im Betrieb seitens der Steuereinheit 14 ein erster Maximalwert W1 des elektrischen Bremsmoments Be vorgegeben. Für Notbremssituationen wird seitens der Steuereinheit 14 ein zweiter, im Vergleich zum ersten Maximalwert W1 erhöhter Maximalwert W2 vorgegeben. Der erste Maximalwert W1 entspricht hierbei im Ausführungsbeispiel einem durch die Steuereinheit 14 vorgegebenem und für normale Bremssituationen maximalem Wert des elektrischen Bremsmomentes Be. Der erste Maximalwert W1 wird hierbei beispielsweise durch einen Fahrer des Kraftfahrzeuges 2, insbesondere z.B. in Abhängigkeit eines Fahrmodus des Kraftfahrzeuges 2 individuell eingestellt oder alternativ im Rahmen einer Endkonfiguration werkseitig eingestellt. Der zweite, erhöhte Maximalwert, W2 entspricht hierbei einem konstruktionsbedingten maximalen elektrischen Bremsmoment Be, welches aufgrund der Bauart der elektrischen Maschine 12 von dieser erzeugbar ist.
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In der Notbremssituation wird also seitens der Steuereinheit 14 nicht der erste Maximalwert W1 des elektrischen Bremsmoment des Be von der Steuereinheit 14 eingestellt, sondern der zweite, erhöhte Maximalwert W2 des elektrischen Bremsmomentes Be, um entweder ein Gesamtbremsmoment (welches sich aus dem mechanischen Bremsmoment Bm und dem elektrischen Bremsmoment Be zusammensetzt) zu erhöhen oder alternativ um einen Anteil des mechanischen Bremsmoments Bm am Gesamtbremsmoment durch den erhöhten Anteil des elektrischen Bremsmoments Be zu verringern.
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Insbesondere die Verringerung des mechanischen Bremsmoments Bm in der Notbremssituation führt zu einem geringeren Verschleiß der mechanischen Bremsvorrichtung 4. Das speziell lediglich während der Dauer der Notbremssituation, also während der Notbremsung, Einstellen des zweiten, erhöhten Maximalwertes W2 zur Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 2 und das daraus resultierende höhere elektrische Bremsmoment Be hat hingegen einen geringen bis keinen Lebensdauereinfluss auf die elektrische Maschine 12.
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Um Notbremssituationen zu ermitteln, weist das Kraftfahrzeug eine Sensoreinheit 16 sowie eine Auswerteeinheit 18 auf. Mittels der Sensoreinheit 16 und der Auswerteeinheit 18 werden Fahrsituationen auf ein Vorliegen der Notbremssituation hin überwacht und ausgewertet. Die Information über das Vorliegen der Notbremssituation wird im Ausführungsbeispiel von der Auswerteeinheit 18 an die Steuereinheit 14 übermittelt. Anschließend stellt die Steuereinheit 14 den zweiten, erhöhten Maximalwert W2 des elektrischen Bremsmoments Be zur Reduzierung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 2 ein.
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In 2 ist ein beispielhaft skizzierter Verlauf sowohl des ersten Maximalwertes W1 als auch des zweiten, erhöhten Maximalwertes W2 des elektrischen Bremsmoments Be in Abhängigkeit einer Drehzahl n der elektrischen Maschine 12 skizziert. Der Begriff erhöht in Bezug auf den zweiten, erhöhten Maximalwert W2 ist betragsmäßig zu verstehen.
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Durch die Ansteuerung der elektrischen Maschine 12 mit dem zweiten, erhöhten Maximalwert W2 des elektrischen Bremsmoments Be ist in der Notbremssituation somit ein größeres elektrisches Bremsmoment Be erzeugt als im Vergleich zum lediglich bei normalen Bremssituationen maximal verfügbaren ersten Maximalwert W1 des elektrischen Bremsmoments Be. Das elektrische Bremsmoment Be werden üblicherweise auch als Rekuperationsmoment bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- mechanische Bremsvorrichtung
- 6
- Achse
- 8
- Rad
- 10
- Bremsscheibe
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Steuereinheit
- 16
- Sensoreinheit
- 18
- Auswerteeinheit
- Be
- elektrisches Bremsmoment
- Bm
- mechanisches Bremsmoment
- W1
- erster Maximalwert des elektrischen Bremsmoments
- W2
- zweiter, erhöhter Maximalwert des elektrischen Bremsmoments
- n
- Drehzahl der elektrischen Maschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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