DE102021123805A1 - Verfahren zum Abbremsen eines Antriebsstrangs und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines Antriebsstrangs mit
- einem primären Antriebsaggregat;
- einem Getriebe;
- einer elektrogeneratorischen Rekuperationseinheit; und
- einem Retarder; wobei
- am Ausgang des Antriebsstrangs ein Bremsmoment gemäß einer Bremsmomentanforderung bereitgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
- der primäre Anteil des angeforderten Bremsmoments durch die Rekuperationseinheit bereitgestellt wird, solange der Ladezustand einer elektrischen Energiespeichereinrichtung unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt; wobei
- falls das angeforderte Bremsmoment das maximale Bremsmoment der Rekuperationseinheit übersteigt und/oder der Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung den vorgegebenen Maximalwert übersteigt, der fehlende Anteil des angeforderten Bremsmoments oder das angeforderte Bremsmoment durch den Retarder aufgebracht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen eines Antriebsstrangs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff von Anspruch 8 näher definierten Art.
  • Antriebsstränge, insbesondere für Fahrzeuge, sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Die WO 2011/147616 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs. Der dortige Antriebsstrang umfasst ein primäres Antriebsaggregat, hier ein Verbrennungsmotor, und eine elektrische Maschine als sekundäres Antriebsaggregat, welche auch zur Rekuperation eingesetzt werden kann, also um im generatorischen Betrieb ein Bremsmoment aufzubringen und elektrische Energie zurückzugewinnen. Außerdem umfasst der dortige Antriebsstrang ein Getriebe und eine verschleißfreie Dauerbremse in Form eines Retarders. Das Verfahren ist nun darauf gerichtet, eine möglichst hohe Dynamik bei der Bereitstellung des Bremsmoments zu generieren. Hierfür wird das Bremsmoment zuerst immer ausschließlich über die elektrische Maschine im generatorischen Modus beziehungsweise Rekuperationsmodus bereitgestellt und nachdem das Bremsmoment aufgebaut ist, wird das Bremsmoment ganz oder teilweise durch den Retarder und/oder den Verbrennungsmotor im Motorbremsbetrieb übernommen.
  • Das Verfahren gemäß der genannten WO-Schrift zielt dabei alleine auf die hohe Dynamik ab. Weitere Gesichtspunkte, welche bei der Bereitstellung eines Bremsmoments ebenfalls von Interesse sind, bleiben unberücksichtigt.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren zum Abbremsen eines Antriebsstrangs im Sinne der genannten WO-Schrift bereitzustellen, welches neben einer hohen Dynamik einen möglichst energieeffizienten Betrieb gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst.
  • Ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 8 löst die Aufgabe ebenfalls durch eine zur Durchführung des genannten Verfahrens eingerichtete Steuerung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt einen ähnlichen Antriebsstrang, wie er im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist. Dieser umfasst ein primäres Antriebsaggregat, welches gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann. Außerdem nutzt es eine Rekuperationseinheit, welche elektrogeneratorisch ein Bremsmoment bereitstellt und beim Abbremsen des Antriebsstrangs Energie zurückgewinnt. Ein Getriebe ist insbesondere als Automatgetriebe ausgebildet. Außerdem ist ein Retarder vorgesehen, welcher prinzipiell als Primärretarder, also im Bereich des Getriebeeingangs, als auch als Sekundärretarder im Bereich des Getriebeausgangs ausgebildet sein kann. Über den Antriebsstrang wird dann am Ausgang des Antriebsstrangs ein entsprechendes Aggregat angetrieben, dies können beispielsweise die Räder eines Fahrzeugs sein.
  • Wird nun ein Bremsmoment angefordert, dann wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der primäre Anteil des angeforderten Bremsmoments immer durch die elektrische Rekuperationseinheit bereitgestellt. Dies verspricht einerseits, ähnlich wie im Stand der Technik, eine sehr hohe Dynamik und erlaubt andererseits das Zurückgewinnen von Bewegungsenergie in Form von durch die Rekuperationseinheit bereitgestellter elektrischer Energie, sodass der Antriebsstrang sehr energieeffizient arbeitet. Die Bereitstellung des primären Anteils des angeforderten Bremsmoments, idealerweise des gesamten angeforderten Bremsmoments, wenn die Rekuperationseinheit dieses betragsmäßig zur Verfügung stellen kann, erfolgt dabei solange über die Rekuperationseinheit, solange der Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers unter einem Maximalwert liegt. Das Abbremsen erfolgt also immer über die Rekuperationseinheit, solange die Möglichkeit besteht, elektrische Energie, welche durch die Rekuperationseinheit bereitgestellt wird, zu speichern.
  • Erst wenn das angeforderte Bremsmoment über dem Maximalmoment der Rekuperationseinheit liegt oder der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers einen Maximalwert überschreitet, sodass also keine elektrische Energie mehr gespeichert werden kann, dann übernimmt der Retarder die Bereitstellung des angeforderten Bremsmoments oder für den Fall, dass das angeforderte Bremsmoment über dem Maximalmoment der Rekuperationseinheit liegt, der Energiespeicher aber noch nicht voll ist, die Bereitstellung des Differenzmoments.
  • Dies gewährleistet eine maximale Nutzung der Rekuperationseinheit zur Rückgewinnung von elektrischer Energie. Der Retarder springt nur dann ein, wenn der Energiespeicher voll ist oder ein Differenzmoment zusätzlich zum Maximalmoment der Rekuperationseinheit aufgebracht werden muss.
  • Wie bereits erwähnt kann als primäres Antriebsaggregat gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ein Verbrennungsmotor genutzt werden.
  • Falls in dieser Ausgestaltung des primären Antriebsaggregats als Verbrennungsmotor das angeforderte Bremsmoment oder der vom Retarder bereitzustellende Anteil an diesem Bremsmoment das maximale Bremsmoment des Retarders übersteigt, sodass also Retarder und Rekuperationseinheit zusammen dieses Moment nicht mehr bereitstellen können, dann übernimmt der Verbrennungsmotor im Motorbremsbetrieb dieses Differenzmoment. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch bei sehr hohen angeforderten Bremsmomenten und beispielsweise vollgeladenem elektrischen Energiespeicher das angeforderte Bremsmoment weiterhin verschleißfrei zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Für den Fall, dass der Verbrennungsmotor im Motorbremsbetrieb an der Bereitstellung des angeforderten Bremsmoments beteiligt ist, dann wird dieser Motorbremsbetrieb limitiert, falls das maximal zulässige Bremsmoment am Ausgang des Antriebsstrangs überschritten wird. Damit ist in jedem Fall über eine Limitierung der Motorbremse des Verbrennungsmotors die Einhaltung des maximal zulässigen Bremsmoments am Ausgang des Antriebsstrangs beziehungsweise am Ausgang des Getriebes des Antriebsstrangs gewährleistet. Damit ist nicht nur ein effizienter sondern auch ein sehr sicherer Betrieb möglich.
  • Als Retarder kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung ein Sekundärretarder, also ein ausgangsseitig des Getriebes angeordneter Retarder, eingesetzt werden. Die Rekuperationseinheit kann beispielsweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet werden, insbesondere im Anschlussbereich zwischen diesen beiden Komponenten, der sogenannten Getriebeglocke.
  • Als Getriebe kann vorzugsweise ein Automatgetriebe Verwendung finden.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug sieht nun ein primäres Antriebsaggregat, ein Getriebe, eine elektrogeneratorische Rekuperationseinheit sowie einen elektrischen Energiespeicher und eine Antriebssteuerung vor. Ein solches prinzipiell aus dem Stand der Technik bekanntes Fahrzeug wird nun zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt, indem die Antriebssteuerung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren im oben beschriebenen Sinn durchzuführen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines Antriebsstrangs für ein derartiges Fahrzeug ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.
  • Die einzige beigefügte 1 zeigt dabei ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In der Darstellung der 1 ist der zur Erläuterung der Erfindung relevante Teil eines Fahrzeugs 1 mit einem beispielhaften angetriebenen Rad 2 exemplarisch dargestellt. Ein Antriebsstrang 3 sieht nun ein primäres Antriebsaggregat 4, hier in Form eines Verbrennungsmotors 4, vor. In Richtung des Leistungsflusses zwischen diesem Verbrennungsmotor 4 und dem angetriebenen Rad 2 folgt auf den Verbrennungsmotor 4 eine elektrogeneratorische Rekuperationseinheit 5, ein Automatgetriebe 6 sowie ein als Sekundärretarder ausgebildeter Retarder 7. Über diese Komponenten lässt sich das angetriebene Rad 2 oder auch mehrere angetriebene Räder 2 des Fahrzeugs 1 antreiben und abbremsen. Der Aufbau könnte auch als Hybridantrieb beziehungsweise Mild Hybrid bezeichnet werden.
  • Die Rekuperationseinheit 5 steht elektrisch mit einer Leistungselektronik 8 sowie einer Energiespeichereinheit 9, beispielsweise einer Batterie, in Verbindung. Über einen Sensor 10 kann der Ladezustand dieses elektrischen Energiespeichers 9 erfasst und an eine Antriebssteuerung 11 weitergegeben werden.
  • Zur Erläuterung des Verfahrens soll nun der Fall geschildert werden, bei welchem ein Bremsmoment MB angefordert wird. Dieses Bremsmoment MB ist in der Darstellung der 1 durch einen Pfeil angedeutet und wird der Antriebssteuerung 11 übermittelt. Diese koordiniert nun die verschiedenen Möglichkeiten, das angetriebene Rad 2 und damit das Fahrzeug 1 abzubremsen. Diese Möglichkeiten bestehen, wie es durch die Pfeile ausgehend von der Antriebssteuerung 11 angedeutet ist, darin, die Rekuperationseinheit 5 zur Bereitstellung eines Bremsmoments anzusteuern, den Retarder 7 zur Bereitstellung eines Bremsmoments anzusteuern und/oder den Verbrennungsmotor 4 als Motorbremse zu nutzen und hierdurch zur Bereitstellung eines Bremsmoments anzusteuern. Letztlich kann außerdem eine mechanische Reibbremse 12 angesteuert werden, welche in an sich bekannter Art und Weise dazu eingesetzt wird, das Fahrzeug 1 bis zum Stillstand abzubremsen und in dieser Position zu halten.
  • Wird nun ein Bremsmoment MB angefordert, welches prinzipiell durch die Rekuperationseinheit 5 aufgebracht werden kann, dann übernimmt diese die vollständige Bereitstellung des Bremsmoments für den Antriebsstrang 3. Die dabei anfallende elektrische Leistung wird über die Leistungselektronik 8 zum elektrischen Energiespeicher 9 transferiert und gespeichert. Dieser Betrieb wird solange aufrechterhalten, solange der elektrische Energiespeicher 9 Energie aufnehmen kann. Erreicht sein Ladezustand einen vorgegebenen Maximalwert, was durch den Sensor 10 gemessen wird, dann wird die Antriebssteuerung 11 das Bremsmoment im Bereich der Rekuperationseinheit 5 entsprechend reduzieren und dafür den Retarder 7 zum Abbremsen des Antriebsstrangs 3 nutzen. Falls die Leistung des Retarders 7 nicht ausreicht, dieser das angeforderte Bremsmoment in der gewünschten Höhe also nicht bereitstellen kann, dann kann zusätzlich der Verbrennungsmotor im Motorbremsbetrieb das Differenzmoment zur Verfügung stellen.
  • Vergleichbares gilt auch dann, wenn das angeforderte Bremsmoment MB von vornherein größer als das durch die Rekuperationseinheit 5 bereitzustellende Bremsmoment ist. In diesem Fall wird das Differenzmoment direkt durch den Retarder 7 aufgebracht, sodass also das maximale durch die Rekuperationseinheit 5 mögliche Bremsmoment bereitgestellt wird, solange der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 9 unter dem vorgegebenen Maximalwert liegt. Das Differenzmoment wird durch den Retarder 7 bereitgestellt. Prinzipiell ließe sich auch hier, falls die Summe der Momente durch die Rekuperationseinheit 5 und den Retarder 7 nicht ausreichen, als dritte Komponente das Abbremsen über den Motorbremsbetrieb des Verbrennungsmotors 4 hinzuziehen.
  • Ansonsten ist es so, dass, wenn alle drei Mechanismen im Eingriff sind oder weil die elektrische Energiespeichereinrichtung 9 voll geladen ist, lediglich der Retarder 7 und der Verbrennungsmotor 4 im Bremsbetrieb zur Bereitstellung des Bremsmoments MB genutzt werden, eine Erfassung des Bremsmoments am Ausgang des Antriebsstrangs 3 erfolgen kann. Überschreitet dieses Bremsmoment am Ausgang des Antriebsstrangs 3 das maximal zulässige Bremsmoment in diesem Bereich, dann wird die Motorbremse beziehungsweise der Motorbremsbetrieb des Verbrennungsmotors 4 soweit limitiert, dass das maximale Bremsmoment am Ausgang des Antriebsstrangs 3 sicher und zuverlässig eingehalten wird.
  • Das Verfahren hat dabei den Vorteil, dass es das Fahrzeug 1 über die drei Mechanismen weitgehend verschleißfrei abbremsen kann, bis auf das endgültige Abbremsen zum Stillstand, welches prinzipbedingt über die mechanische Reibbremse 12 erfolgen muss. Ansonsten wird durch die primäre Nutzung der Rekuperationseinheit 5 einerseits eine hohe Dynamik gewährleistet und andererseits durch ihre Steuerung über den Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 9 immer die maximale Rekuperation von Bremsenergie, sodass ein sehr energieeffizienter Betrieb des Antriebsstrangs 3 beziehungsweise des Fahrzeugs 1 möglich wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011147616 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Abbremsen eines Antriebsstrangs (3) mit 1.1 einem primären Antriebsaggregat (4); 1.2 einem Getriebe (6); 1.3 einer elektrogeneratorischen Rekuperationseinheit (5); und 1.4 einem Retarder (7); wobei 1.5 am Ausgang des Antriebsstrangs (3) ein Bremsmoment gemäß einer Bremsmomentanforderung (MB) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6 der primäre Anteil des angeforderten Bremsmoments (MB) durch die Rekuperationseinheit (5) bereitgestellt wird, solange der Ladezustand einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (9) unter einem vorgegebenen Maximalwert liegt; wobei 1.7 falls das angeforderte Bremsmoment (MB) das maximale Bremsmoment der Rekuperationseinheit (5) übersteigt und/oder der Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung (9) den vorgegebenen Maximalwert übersteigt, der fehlende Anteil des angeforderten Bremsmoments (MB) oder das angeforderte Bremsmoment (MB) durch den Retarder (7) aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als primäres Antriebsaggregat (4) ein Verbrennungsmotor eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass falls das angeforderte Bremsmoment (MB) oder der vom Retarder bereitzustellende Anteil an dem angeforderten Bremsmoment (MB) das maximale Bremsmoment des Retarders (7) übersteigt, der fehlende Anteil des angeforderten Bremsmoments (MB) oder das angeforderte Bremsmoment (MB) durch den Verbrennungsmotor (4) im Motorbremsbetrieb aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern der Verbrennungsmotor (4) im Motorbremsbetrieb an der Bereitstellung des angeforderten Bremsmoments (MB) beteiligt ist, der Motorbremsbetrieb limitiert wird, falls das maximal zulässige Bremsmoment am Ausgang des Antriebsstrangs (3) überschritten wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Retarder (7) ein Sekundärretarder eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Rekuperationseinheit (5) eine zwischen dem primären Antriebsaggregat (4) und dem Getriebe (6) angeordnete elektrische Maschine eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Getriebe (6) ein Automatgetriebe eingesetzt wird.
  8. Fahrzeug (1) mit 8.1 einem primären Antriebsaggregat (4), 8.2 einem Getriebe (6), 8.3. einem Retarder (7), 8.4 einer elektrogeneratorischen Rekuperationseinheit (5), 8.5 einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (9), 8.6 einer Antriebssteuerung (11), dadurch gekennzeichnet, dass 8.7 die Antriebssteuerung (11) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Antriebsaggregat (4) als Verbrennungsmotor, das Getriebe (6) als Automatgetriebe und die elektrogeneratorische Rekuperationseinheit (5) als Elektromaschine ausgebildet sind.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiespeichereinrichtung (9) zumindest ein Batteriemodul umfasst.
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