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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines elektrisch angetriebenen Motorrads sowie ein elektrisch angetriebenes Motorrad.
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Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann der elektrische Antriebsmotor zur Verzögerung des Fahrzeugs als Generator betrieben werden, wobei ein Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie zurückgewonnen und in den Antriebsenergiespeicher eingespeist wird. Dieser Vorgang wird als Rekuperation bezeichnet.
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Wenn das Antriebssystem, insbesondere der elektrische Antriebsmotor und der Antriebsenergiespeicher, leistungsstark genug ausgelegt sind, ist es möglich, in den meisten Situationen das Fahrzeug ausschließlich über eine Verzögerungswirkung an der angetriebenen Achse durch den elektrischen Antriebsmotor abzubremsen.
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Jedoch begrenzt die jeweils zu einem Zeitpunkt aktuelle maximale Ladeleistung, in die unter anderem die aktuelle freie Ladekapazität des Antriebsenergiespeichers eingeht, die Bremsleistung, denn diese gibt vor, wie groß die während des Rekuperationsvorgangs erzeugte elektrische Leistung maximal sein darf. Die erzeugte elektrische Leistung wiederum ist proportional zum aufbringbaren Bremsmoment.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Bremsverfahren für ein elektrisch angetriebenes Motorrad bereitzustellen, das auf einem Rekuperationsvorgang beruht.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Abbremsen eines elektrisch angetriebenen Motorrads gelöst, das einen Antriebsenergiespeicher, ein elektrisches Bordsystem, das mit dem Antriebsenergiespeicher verbunden ist, einen als Generator einsetzbaren elektrischen Antriebsmotor und wenigstens eine vom elektrischen Antriebsmotor separate zusätzliche Bremsvorrichtung aufweist. Es wird ein Bremswunsch mit einem aktuell angeforderten Bremsmoment erfasst. Es wird eine aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers bestimmt. Außerdem wird eine im elektrischen Antriebsmotor und/oder im elektrischen Bordsystem erzeugbaren aktuelle maximale Verlustleistung bestimmt. Eine aktuell geforderte Verlustleistung wird bestimmt, die sich aus einer Differenz der aktuellen maximalen Ladeleistung und einer maximalen Rekuperationsleistung des elektrischen Antriebsmotors für das aktuell angeforderte Bremsmoment ergibt. Es wird ein aktuelles zusätzliches Bremsmoment bestimmt, das von der zusätzlichen Bremsvorrichtung aufzubringen ist und das sich aus einer Differenz des aktuell geforderten Bremsmoments und einem aus der aktuellen maximalen Ladeleistung und der aktuellen maximal aufbringbaren Verlustleistung resultierenden Bremsmoment des Antriebselektromotors ergibt. Der elektrische Antriebsmotor und/oder das elektrische Bordsystem werden mit einem reduzierten Wirkungsgrad so angesteuert, dass die aktuell geforderte Verlustleistung erreicht wird. Außerdem wird die zusätzliche Bremsvorrichtung so betätigt, dass das aktuelle zusätzliche Bremsmoment von der zusätzlichen Bremsvorrichtung aufgebracht wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, in einem mehrstufigen Vorgang den während des Bremsvorgangs erzeugten elektrischen Strom, der als Ladestrom dem Antriebsenergiespeicher zugeführt wird, bei Aufrechterhaltung eines möglichst hohen Bremsmoments durch den elektrischen Antriebsmotor in dem Fall zu reduzieren, in dem nur eine geringe maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers zur Verfügung steht. Hierbei wird stets die maximale Rekuperationsleistung bezüglich des aktuell angeforderten Bremsmoments betrachtet.
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Anstatt den gesamten vom elektrischen Antriebsmotor erzeugten Strom als Ladestrom dem Antriebsenergiespeicher zuzuführen, werden bei nicht ausreichender Ladeleistung der elektrische Antriebsmotor und/oder das Bordsystem so betrieben, dass möglichst viel elektrischer Strom als Verlustleistung im Fahrzeug verbraucht wird.
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Erst in einem weiteren Schritt, wenn diese Maßnahmen nicht ausreichen und trotz Aufbringen der aktuell maximal aufbringbaren Verlustleistung die aktuelle maximale Ladeleistung nicht ausreicht, wird das restliche Bremsmoment durch die zusätzliche Bremsvorrichtung aufgebracht, deren Bremswirkung unabhängig von der Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers ist.
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Auf diese Weise ist stets sichergestellt, dass jeder Bremswunsch des Fahrers zu jedem Zeitpunkt unabhängig von der aktuellen maximalen Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers erfüllbar ist.
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Vorrang hat dabei stets das Laden des Antriebsenergiespeichers. Solange die aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers ausreicht, um den vom elektrischen Antriebsmotor bei maximalem Wirkungsgrad erzeugten Rekuperationsstrom aufzunehmen, ist es nicht notwendig, den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors oder anderer Komponenten zu reduzieren oder auf sonstige Art im Bordsystem weitere Verlustleistung zu erzeugen. Genauso wird auch auf den Einsatz der zusätzlichen Bremsvorrichtung verzichtet. Eine möglichst effektive Rekuperation bei Bremsvorgängen ist daher stets sichergestellt. In einem derartigen Fall sind die aktuell geforderte Verlustleistung und das aktuelle zusätzliche Bremsmoment gleich Null.
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Generell ist das Verfahren darauf gerichtet, das aktuelle zusätzliche Bremsmoment, das von der zusätzlichen Bremsvorrichtung aufgebracht wird, zu minimieren, damit die zusätzliche Bremsvorrichtung möglichst wenig zum Einsatz kommt. Dies hat die Vorteile, dass die zusätzliche Bremsvorrichtung mit einer relativ geringen Leistung ausgelegt werden kann und außerdem durch die geringe Benutzung wenig Verschleiß auftritt.
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Generell ist die Rekuperationsleistung proportional zum Produkt aus Bremsmoment, Wirkungsgrad und Drehzahl des Elektromotors, die wiederum zu einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit proportional ist. Die aktuelle maximale Ladeleistung ist proportional zum Produkt aus der aktuellen Spannung am Antriebsenergiespeicher und dem aktuellen maximalen Ladestrom des Antriebsenergiespeichers, wobei hier unter anderem auch noch eine Temperaturabhängigkeit besteht.
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Vorzugsweise wird die aktuelle maximale Ladeleistung stets so begrenzt, dass der Antriebsenergiespeicher eine Leistungsaufnahmereserve behält, die beispielsweise bei 70 % bis 90 %, insbesondere bei 80 % der ohne die Leistungsaufnahmereserve möglichen maximalen Ladeleistung liegen kann.
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Diese Leistungsaufnahmereserve wird insbesondere genutzt, um schnell auf eine Erhöhung der Bremsmomentenanforderung des Fahrers reagieren zu können, ohne sofort ausschließlich auf die zusätzliche Bremsvorrichtung zurückzugreifen. Das ermöglicht beispielsweise auch, den relativ trägen Bremsmomentenaufbau einer Reibungsbremse zu überbrücken und eine für den Fahrer spürbare Verzögerung zwischen seiner Bremsmomentenanforderung und deren Umsetzung zu verhindern. Durch die Leistungsaufnahmereserve kann eine spontane Erhöhung der Bremsmomentenanforderung schnell umgesetzt werden.
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Bevorzugt wird die Leistungsaufnahmereserve wiederhergestellt, sobald die Reibungsbremse das aktuelle zusätzliche Bremsmoment vollständig aufbringt. Der Übergang lässt sich fließend gestalten, wobei die Ladeleistung in dem Maß wieder reduziert wird, in dem das Bremsmoment der Reibungsbremse steigt.
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Bei der Bestimmung der aktuellen maximalen Ladeleistung ist die Leistungsaufnahmereserve zu berücksichtigen, sodass sich die aktuelle maximale Ladeleistung aus einer theoretischen aktuellen maximalen Ladeleistung abzüglich der Leistungsaufnahmereserve ergibt.
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Sämtliche Parameter werden jeweils zu einem aktuellen Zeitpunkt betrachtet, wobei beispielsweise die Abfrage des aktuellen Bremswunsches in regelmäßigen, vorgegebenen, kurzen Zeitabständen erfolgt. Dementsprechend werden auch die restlichen Daten und Parameter vorzugsweise in diesen Zeitabständen erfasst, bestimmt und/oder berechnet.
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Somit werden in vorgegebenen Zeitabständen insbesondere das aktuell angeforderte Bremsmoment, die aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers und die aktuelle maximale Verlustleistung erfasst.
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Der vom elektrischen Antriebsmotor erzeugte Strom wird hier näherungsweise als proportional zum Bremsmoment des elektrischen Antriebsmotors betrachtet.
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Über eine entsprechende Ansteuerung, die vorzugsweise durch eine Steuereinheit im Bordsystem erfolgt, ist es möglich, einen Teil des vom elektrischen Antriebsmotors während des Bremsvorgangs erzeugten Stroms bereits im elektrischen Antriebsmotor selbst durch Erhöhung des elektrischen Widerstands in Wärme umzusetzen und so als Verlustleistung abzuführen. Der dem Antriebsenergiespeicher zugeführte Ladestrom reduziert sich somit um diesen Anteil des erzeugten Stroms. Hierbei wird der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors reduziert, um entgegen der normalen Handlungsweise möglichst viel Verlustwärme zu erzeugen.
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Verfügt der elektrische Antriebsmotor über ein Kühlsystem, so kann dieses verwendet werden, um einen möglichst großen Anteil der entstehenden Verlustwärme abzuführen.
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Ein begrenzender Faktor, der in die Bestimmung der aktuellen maximalen Verlustleistung eingeht, ist somit auch die aktuelle Fähigkeit des Gesamtsystems, die Verlustwärme aufzunehmen.
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Auch das Erzeugen von Verlustleistung in einer Leistungselektronik des Antriebssystems ist möglich, indem über eine entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinheit der Wirkungsgrad herabgesetzt wird, wobei in den Komponenten der Leistungselektronik Verlustwärme entsteht.
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Wenn die Leistungselektronik gekühlt ist, so kann ein möglichst großer Anteil der entstehenden Verlustwärme von dieser Kühlung aufgenommen werden.
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Das Bordsystem umfasst beispielsweise das gesamte Antriebssystem ohne den elektrischen Antriebsmotor sowie gegebenenfalls auch ein im Fahrzeug vorhandenes Niedervoltsystem, das die restlichen Verbraucher an Bord versorgt.
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Im Antriebssystem ist beispielsweise eine Leistungselektronik und gegebenenfalls ein Wechselrichter oder eine DC/DC-Umspannungsvorrichtung vorhanden, während das Niedervoltsystem einen eigenen Niedervoltenergiespeicher umfassen kann.
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Im Bordsystem lässt sich eine Verlustleistung sowohl durch eine Reduktion des Wirkungsgrades verschiedener Komponenten, beispielsweise eine Leistungselektronik, erreichen, als auch durch eine erhöhte Leistungsaufnahme bestimmter Komponenten, beispielsweise durch Zuschaltung von Verbrauchern.
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In die aktuelle maximale Verlustleistung kann also auch eine aktuelle maximale Leistungsaufnahme eines zusätzlich zum Antriebsenergiespeicher vorgesehenen Niedervoltspeichers eingehen, der aus dem Antriebsenergiespeicher gespeist wird.
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Zur Erhöhung der aktuellen maximalen Verlustleistung kann beispielsweise eine Ladespannung des Niedervoltspeichers auf ein aktuelles Maximum erhöht werden. Das aktuelle Maximum ist unter anderem abhängig vom Ladezustand des Niedervoltspeichers. Außerdem ist es möglich, für eine kurze Zeitspanne geeignete Verbraucher, die vom Niedervoltspeicher versorgt werden, einzuschalten, um möglichst viel Ladung aus dem Niedervoltspeicher abzuziehen.
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Außerdem ist es denkbar, zur Erhöhung der aktuellen maximalen Verlustleistung einen gekühlten Leitungswiderstand zuzuschalten, der elektrisch mit dem Antriebsenergiespeicher verbunden ist und in dem elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird.
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Als zusätzliche Bremsvorrichtung kann beispielsweise eine Reibungsbremse und/oder eine Wirbelstrombremse verwendet werden. Falls mehrere zusätzliche Bremsvorrichtungen vorgesehen sind, ist es denkbar, diese situationsabhängig einzeln oder gemeinsam einzusetzen.
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Die zusätzliche Bremsvorrichtung ist generell unabhängig vom elektrischen Antriebsmotor und kann unabhängig von diesem eingesetzt werden.
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Insbesondere kann als zusätzliche Bremsvorrichtung eine hydraulische Bremse eine ABS-Vorrichtung, meist am Vorderrad des Motorrads, oder eine elektromechanische Parkbremse eingesetzt werden.
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Wenn eine elektromechanische Parkbremse verwendet wird, so wird diese bevorzugt bereits angesteuert, sobald für das aktuelle zusätzliche Bremsmoment ein von Null verschiedener Wert vorliegt, wobei auch wie oben beschrieben eine Leistungsaufnahmereserve verwendet werden kann, um anfänglich die Ladeleistung zu erhöhen und einen Teil des aktuellen zusätzlichen Bremsmoments zu liefern, da derartige Bremsen in der Regel bis zur vollen Entfaltung ihrer Bremswirkung eine längere Zeitspanne benötigen als beispielsweise eine hydraulische Reibungsbremse.
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Eine hydraulische Reibungsbremse, insbesondere die der ABS-Vorrichtung, kann gegebenenfalls auch erst zu einem Zeitpunkt angesteuert werden, wenn der Großteil der kinetischen Energie bereits durch den elektrischen Antriebsmotor abgebaut wurde, sodass sie z.B. nur noch bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten zum Einsatz kommt.
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Wird als zusätzliche Bremsvorrichtung eine Wirbelstrombremse verwendet, so kann diese z.B. an einer Bremsschreibe der hydraulischen oder elektromechanischen Bremse angeordnet sein, um die Anzahl der benötigten Bauteile zu verringern.
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Es wäre auch denkbar, einen rotierenden Körper im Antriebssystem des elektrischen Antriebsmotors, beispielsweise einem Getriebe, zur Induktion von Wirbelströmen zu verwenden und als Wirbelstrombremse einzusetzen. Eine Wirbelstrombremse kann auch z.B. an einer am Antriebsstrang befestigten Scheibe angeordnet sein.
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Die Verwendung einer Wirbelstrombremse ist zum einen vorteilhaft, da diese direkt elektrische Energie umsetzt und somit zur Verlustleistung beiträgt. Zum anderen ist der Wirkungsgrad von Wirbelstrombremsen besonders bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten hoch, also in Situationen, in denen der elektrische Antriebsmotor eine hohe Rekuperationsleistung erbringt und die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die Bremsleistung der zusätzlichen Bremsvorrichtung benötigt wird. Die Wirbelstrombremse wird daher vorzugsweise bereits angesteuert, sobald für das aktuelle zusätzliche Bremsmoment ein von Null verschiedener Wert vorliegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit noch relativ hoch ist.
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Wenn neben einer Wirbelstrombremse noch eine weitere Bremsvorrichtung vorhanden ist, ist es besonders vorteilhaft, in den meisten Situationen, in denen der Einsatz der zusätzlichen Bremsvorrichtung notwendig wird, ausschließlich die Wirbelstrombremse zu betätigen, um Abrieb und Verschleiß zu minimieren, und nur in den Fällen, in denen noch eine weitere, erhöhte Bremswirkung benötigt wird, zusätzlich die weitere Bremsvorrichtung, beispielsweise die hydraulische Bremse oder die elektromechanische Bremse einzusetzen, um das restliche Bremsmoment aufzubringen.
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In der Regel ist es möglich, zumindest ein angetriebenes Rad des Motorrads stets ausschließlich ohne Verwendung einer zusätzlichen Reibungsbremse abzubremsen, sodass beispielsweise das angetriebene Hinterrad komplett ohne Reibungsbremse gestaltet sein kann. In der Regel ist das Hinterrad des Motorrads das einzige angetriebene Rad.
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Die zusätzliche Bremsvorrichtung ist hingegen bevorzugt am nicht angetriebenen Rad des Motorrads angeordnet.
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Ein elektrisch angetriebenes Motorrad, mit dem eines der oben genannten Verfahren ausgeführt werden kann, weist einen Antriebsenergiespeicher, ein elektrisches Bordsystem, das mit dem Antriebsenergiespeicher verbunden ist, einen als Generator einsetzbaren elektrischen Antriebsmotor, wenigstens eine vom elektrischen Antriebsmotor separate zusätzliche Bremsvorrichtung und eine Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, die entsprechenden Verfahrensschritte umzusetzen.
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Unter dem Begriff „Motorrad“ wird im Rahmen dieser Anmeldung sowohl ein klassisches, zweirädriges, einspuriges Kraftrad, das auch ein Motorroller sein kann, als z.B. auch ein dreirädriges Einspurfahrzeug verstanden.
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Die Steuereinheit ist im Allgemeinen mit diversen Sensoren verbunden, die beispielsweise das Erfassen des aktuell angeforderten Bremsmoments, der aktuellen maximalen Ladeleistung und des aktuellen Ladezustands des Antriebsenergiespeichers und gegebenenfalls des Niedervoltspeichers sowie das Bestimmen der erzeugbaren aktuellen maximalen Verlustleistung ermöglichen. Auch Temperatursensoren an den einzelnen Komponenten oder in einem Kühlsystem können mit der Steuereinheit verbunden sein, um Daten zu liefern, die in die Bestimmung der einzelnen Parameter eingehen.
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Es ist auch möglich, außerdem die Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenenfalls eine Fahrbahnneigung zu erfassen, die einen Einfluss auf die maximal insgesamt abzubauende kinetische Energie und damit den maximalen insgesamt vom elektrischen Antriebsmotor erzeugten Strom haben.
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Die Steuereinheit kann beispielsweise eine Motorsteuerung und eine ABS-Steuerung umfassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in der einzigen Figur dargestellt ist.
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Diese zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Motorrads, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Abbremsen des Motorrads durchgeführt werden kann.
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In der Figur sind schematisch Systemkomponenten eines nicht näher dargestellten elektrisch angetriebenen Motorrads gezeigt, die unter anderem zu einem Antriebssystem und einem Bordsystem gehören.
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Die Antriebsenergie stammt vollständig aus einem Antriebsenergiespeicher 10, auch als Traktionsbatterie bezeichnet, der über einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren 12 ein angetriebenes Rad 14 bewegt. In diesem Beispiel ist das angetriebene Rad 14 das Hinterrad des Motorrads. Das Rad 16, hier das Vorderrad, ist in diesem Beispiel hingegen nicht angetrieben und hat daher keinen eigenen elektrischen Antriebsmotor.
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Soll das Motorrad abgebremst werden, betätigt der Fahrer einen oder beide Bremshebel 18, die jeweils dem Vorderrad 16 und dem Hinterrad 14 zugeordnet sind.
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Bei jedem Bremsvorgang wird die Hauptbremsleistung vom elektrischen Antriebsmotor 12 erbracht, der in diesem Fall als Generator eingesetzt wird und folglich ein Drehmoment erzeugt, welches das angetriebene Rad 14 und damit das Fahrzeug abbremst.
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Der Antriebsenergiespeicher 10 ist hier so leistungsstark ausgelegt, dass seine Kapazität und seine Ladeleistungsdichte, also die Ladeleistung pro Fahrzeugmasse, so groß ausgelegt sind, dass bei ausreichender freier Ladekapazität prinzipiell in allen normalen Fahrzuständen der durch Abbremsen durch den elektrischen Antriebsmotor 12 erzeugte Strom im Antriebsenergiespeicher 10 aufgenommen werden kann.
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Beispielsweise hat der Antriebsenergiespeicher 10 eine Kapazität von 20 kWh, und eine maximale Rekuperationsleistung des Antriebsmotors 12 beträgt z.B. 60kW.
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Am angetriebenen Rad 14 ist daher in diesem Beispiel keine Reibungsbremse angeordnet.
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Die Bremshebel 18 sind elektronisch mit einer Steuereinheit 20 verbunden, eine direkte mechanische Verbindung zu einer Bremsvorrichtung besteht hier nicht. Um den Bremswunsch zu erfassen, ist an jedem Bremshebel 18 ein mit der Steuereinheit 20 verbundener Sensor 22 angeordnet.
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In kurzen, vorgegebenen Zeitintervallen Δt wird abgefragt, ob ein Bremswunsch mit einem von Null verschiedenen aktuell angeforderten Bremsmoment vorliegt.
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In diesem Beispiel werden die Daten zur Betätigung des rechten und des linken Bremshebels 18 beide in der Steuereinheit 20 zu einem einzigen aktuell angeforderten Bremsmoment verrechnet, das ohne Unterscheidung der Herkunft im nachfolgenden Bremsvorgang aufgebracht wird.
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Am nicht angetriebenen Rad 16 ist hier eine zusätzliche Bremsvorrichtung 24 angeordnet, die in diesem Beispiel aus einer hydraulischen Bremse einer ABS-Vorrichtung 26, einer elektromechanischen Parkbremse 28 und/oder einer Wirbelstrombremse 30 besteht. In diesem Beispiel ist die Wirbelstrombremse 30 an einer Scheibenbremse der hydraulischen Bremse der ABS-Vorrichtung 26 angeordnet.
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Die elektromechanische Parkbremse 28 ist beispielsweise eine weggesteuerte Bremse, die durch einen eigenen, vom elektrischen Antriebsmotor 12 komplett getrennten Elektromotor betätigt wird.
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Der Antriebsenergiespeicher 10 steht über eine Leistungselektronik 32 in Verbindung mit dem elektrischen Antriebsmotor 12, wobei in der Regel ein Stromfluss zwischen dem Antriebsenergiespeicher 10 und dem elektrischen Antriebsmotor 12 durch die Leistungselektronik 32 erfolgt.
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Außerdem ist hier ein Niedervoltenergiespeicher 34 vorgesehen, der über einen DC/DC-Wandler 36 aus dem (Hochvolt)Antriebsenergiespeicher 10 gespeist wird und der die restlichen elektrischen Verbraucher am Fahrzeug versorgt (angedeutet durch die Pfeile in der Figur).
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Optional kann in einem Kühlsystem 38 (beispielsweise einer Luftkühlung) ein Leistungswiderstand 40 angeordnet sein, der mit dem Antriebsenergiespeicher 10 verbunden ist.
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Wird ein Bremswunsch eines Fahrers erfasst, indem die Sensoren 22 an den Bremshebel 18 ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 20 melden, so wird von der Steuereinheit ein aktueller Ladezustand des Antriebsenergiespeichers 10 erfasst und eine aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 bestimmt.
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Außerdem werden von der Steuereinheit 20 weitere Daten von weiteren (nicht dargestellten) Sensoren z.B. zur Fahrzeuggeschwindigkeit, Systemtemperatur oder einer Fahrbahnneigung erfasst.
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Aus dem aktuellen Bremswunsch sowie gegebenenfalls derartigen zusätzlichen Parametern berechnet die Steuereinheit 20 ein aktuell angefordertes Bremsmoment.
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Zusätzlich bestimmt die Steuereinheit eine im elektrischen Antriebsmotor 12 und/oder im elektrischen Bordsystem erzeugbare aktuelle maximale Verlustleistung. Diese aktuelle maximale Verlustleistung ergibt sich aus möglichen Verlustleistungen aller Komponenten des Systems, in denen elektrische Energie verbraucht und insbesondere in Wärme umgesetzt werden kann.
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Hierzu gehört eine Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 12 mit einem schlechteren als dem optimalen Wirkungsgrad, wobei ein größerer Teil der im Generatorbetrieb erzeugten mechanischen Bremsleistung innerhalb des elektrischen Antriebsmotors 12 in elektrische Verlustleistung gewandelt und in Wärme umgesetzt wird.
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Außerdem kann die Leistungselektronik 32 mit einem schlechteren Wirkungsgrad angesteuert werden, sodass auch hier ein erhöhter elektrischer Widerstand auftritt, der ebenfalls zu Verlustwärme führt.
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Eine weitere Option ist es, elektrische Energie aus dem Antriebsenergiespeicher 10 in den Niedervoltenergiespeicher 34 zu transferieren, wobei hier eine höchstmögliche Ladespannung angelegt wird, um in möglichst kurzer Zeit eine möglichst große Ladungsmenge aus dem Antriebsenergiespeicher 10 abzuführen und somit Ladekapazität für den vom elektrischen Antriebsmotor 12 gelieferten Strom zu schaffen.
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Außerdem können sämtliche geeignete, an den Niedervoltenergiespeicher 34 angeschlossenen Verbraucher angeschaltet oder auf hoher Stufe betrieben werden, um zusätzlich elektrische Energie aus dem Niedervoltenergiespeicher 34 zu verbrauchen und somit im Niedervoltenergiespeicher 34 freie Ladekapazität zu schaffen.
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Gegebenenfalls kann der Leistungswiderstand 40 im Kühlsystem 38 zugeschaltet werden, um gezielt weitere elektrische Energie in Wärmeenergie umzusetzen und somit Strom zu verbrauchen.
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Aus all diesen Parametern berechnet die Steuereinheit 20 eine aktuelle maximale Verlustleistung, um die die maximale Rekuperationsleistung des elektrischen Antriebsmotors 12 für das aktuell angeforderte Bremsmoment höchstens reduziert werden kann.
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Aus diesen Werten bestimmt die Steuereinheit 20 ein aktuelles zusätzliches Bremsmoment, das von der zusätzliche Bremsvorrichtung 24 aufzubringen ist. Dieses aktuelle zusätzliche Bremsmoment ergibt sich aus einer Differenz des aktuell geforderten Bremsmoments und einem aus der aktuellen maximalen Ladeleistung und der aktuellen maximal aufbringen Verlustleistung resultierenden Bremsmoment.
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Kann das aktuell angeforderten Bremsmoment ausschließlich unter Verwendung des elektrischen Antriebsmotors 12 in einem Generatorbetrieb bei optimalem Wirkungsgrad aufgebracht werden, ohne die aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 zu überschreiten, so wird der Bremsvorgang ausschließlich auf diese Art durchgeführt.
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Die aktuell angeforderte Verlustleistung sowie das aktuelle zusätzliche Bremsmoment sind in diesem Fall beide gleich Null. Folglich wird weder der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors 12 reduziert noch ein Bremsmoment mit der zusätzlichen Bremsvorrichtung 24 aufgebracht, sondern die maximal mögliche Energie wird durch den Bremsvorgang rekuperiert.
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Stellt die Steuereinheit 20 hingegen fest, dass das aktuell angeforderte Bremsmoment mit der aktuellen maximalen Ladeleistung des Antriebsenergiespeicher 10 nicht aufgebracht werden kann, so bestimmt es eine aktuell geforderte Verlustleistung, die sich aus der Differenz der aktuellen maximalen Ladeleistung und einer maximalen Rekuperationsleistung des elektrischen Antriebsmotors 12 für das aktuell angeforderte Bremsmoment ergibt.
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Die Steuereinheit 20 erhöht die insgesamte Verlustleistung im System, indem sie wie oben beschrieben den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors 12 im Generatorbetrieb sowie gegebenenfalls der Leistungselektronik 32 und anderer Elektronikkomponenten reduziert, den Niedervoltenergiespeicher 34 mit maximaler Ladespannung lädt, Verbraucher zuschaltet und/oder gegebenenfalls den Leistungswiderstand 40 bestromt und so vom elektrischen Antriebsmotor 12 gelieferten Strom in Wärme umsetzt.
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Die Steuereinheit 20 wählt hier geeignete Maßnahmen in geeigneter Stärke aus, um die aktuell geforderte Verlustleistung einzustellen.
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Stellt die Steuereinheit 20 fest, dass die aktuell geforderte Verlustleistung die aktuelle maximale Verlustleistung übersteigt, so wird zum Abbau des restlichen Bremsmoments das aktuelle zusätzliche Bremsmoment auf den Restwert gesetzt, und die zusätzliche Bremsvorrichtung 24 wird betätigt, bis das restliche Bremsmoment abgebaut und der Bremswunsch erfüllt ist.
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Hier wird bevorzugt zunächst die Wirbelstrombremse 30 betätigt, da diese ebenfalls elektrische Energie abbaut und somit auch direkt die Verlustleistung erhöht.
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Erst wenn das zusätzliche Bremsmoment so hoch ist, dass die Wirbelstrombremse 30 dieses nicht alleine aufbringen kann, werden die hydraulische Bremse der ABS-Vorrichtung 26 und/oder die elektromechanische Parkbremse 28 zugeschaltet.
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In Systemen, in denen keine Wirbelstrombremse vorhanden ist, wird natürlich direkt eine andere zusätzliche Bremsvorrichtung 24 angesteuert.
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In diesem Beispiel ist die aktuelle maximale Ladeleistung durch eine Leistungsaufnahmereserve des Antriebsenergiespeichers 10 begrenzt, die beispielsweise bei 70 % bis 90 %, hier bei 80 %, der tatsächlichen maximalen Ladeleistung liegt.
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Diese Leistungsaufnahmereserve wird in diesem Beispiel genutzt, um bereits schnell auf eine Erhöhung des Bremsmomentenwunsches des Fahrers zu reagieren, bevor die zusätzliche Bremsvorrichtung 24, insbesondere die Parkbremse 28, nach ihrer Ansteuerung ihre volle Bremswirkung entfaltet. So wird der Bremsmomentenaufbau der Reibungsbremse überbrückt, wobei die Leistungsaufnahmereserve wiederhergestellt wird, sobald die zusätzliche Bremsvorrichtung 24 das aktuelle zusätzliche Bremsmoment vollständig aufbringt. Die Ladeleistung wird dabei in dem Maß reduziert, in dem das Bremsmoment der zusätzlichen Bremsvorrichtung 24 ansteigt.
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Die aktuelle maximale Ladeleistung definiert sich daher hier aus einer theoretischen aktuellen maximalen Ladeleistung, in die sämtliche aktuellen relevanten Parameter eingehen, die den Antriebsenergiespeicher 10 betreffen, abzüglich der Leistungsaufnahmereserve.
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Die Erfassung der Parameter sowie die Berechnung und Bestimmung der einzelnen Größen in der Steuereinheit 20 erfolgt hier stets zu einem aktuellen Zeitpunkt ta, jeweils beginnend nach Ablauf des Intervalls Δt, zu dem erneut die Größe des aktuell angeforderten Bremsmoments abgefragt wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es in einem mehrstufigen Prozess möglich, jeden Bremswunsch sicher umzusetzen, wobei ebenfalls sichergestellt ist, dass Bremsenergie mit optimalem Wirkungsgrad rekuperiert wird.
