DE102021133501A1

DE102021133501A1 - Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems, Steuereinheit zum Steuern eines Bremssystems und Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit

Info

Publication number: DE102021133501A1
Application number: DE102021133501.9A
Authority: DE
Inventors: Konrad Zaugg; Lukas Blaser; Roger Miauton; Marius Bachofen; Johannes Lohmeier
Original assignee: Emining AG
Current assignee: Emining AG
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023111318A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Fahrzeugs (30), das ein erstes Bremsmittel (3), das als Generator zum elektrischen Bremsen ausgebildet und mit einer Batterie zum Laden derselben verbunden ist, um rekuperierend zu bremsen, und ein zweites Bremsmittel (4) aufweist, das als nicht rekuperative Bremse, insbesondere mechanische Bremse zum mechanischen Bremsen ausgebildet ist. Bei einer Bergab-Fahrt auf einer geneigten Fahrbahn wird das Bremssystem derart gesteuert, dass eine vorbestimmte Geschwindigkeit nicht überschritten wird, wobei die Geschwindigkeit mit einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird und als Führungsgröße der Regelschleife die vorbestimmte Geschwindigkeit und als Stellgröße die gesamte Bremsleistung verwendet wird und die Neigung der Fahrbahn als Störgröße bestimmt wird und durch einen Störgrößenaufschlag in der geschlossenen Regelschleife berücksichtigt wird. Hierbei wird die gesamte Bremsleistung so zwischen der elektrischen Bremse und der nicht rekuperativen Bremse verteilt, dass eine maximal mögliche elektrische Leistung in der Batterie gespeichert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems, eine Steuereinheit zum Steuern eines Bremssystems und ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinheit.
Insbesondere aus Gründen des Umweltschutzes wird es immer notwendiger, die CO₂-Emissionen zu verringern. Eine wichtige Quelle für CO₂-Emissionen sind Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Im Bereich der Fahrzeuge zur Beförderung von Personen und/oder Gütern sind batteriebetriebene Fahrzeuge bereits bekannt, aber noch nicht weit verbreitet. Ein wichtiges Problem bei der Verwendung von batterieelektrischen Fahrzeugen ist das Aufladen der Batterien.
Ein Nachteil ist, dass die Energieversorgung der Batterie in der Regel über ein öffentliches Stromnetz erfolgt, so dass batterieelektrische Fahrzeuge ohne entsprechende Lademöglichkeiten nicht geeignet sind. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Ladevorgang aufgrund fehlender Schnelllademöglichkeiten meist sehr zeitaufwendig ist, was zu einer eingeschränkten Nutzung des Fahrzeugs führt. Beide Aspekte sind umso wichtiger, je höher das Gewicht des Fahrzeugs ist, da das Gewicht eines Fahrzeugs mit der für den Betrieb des Fahrzeugs benötigten elektrischen Energie korreliert.
Aus diesen Gründen sind batterieelektrische Fahrzeuge im Bereich der Lastkraftwagen, Muldenkipper oder ähnlicher Fahrzeuge, die ein hohes Gewicht haben und in schwierigen Fahrumgebungen, wie z. B. im Bergbau oder auf Baustellen, eingesetzt werden, im Wesentlichen unbekannt. Diese Umstände führen zu einem sehr energieaufwendigen Fahrbetrieb mit hohen Energiekosten.
Im Bergbau eingesetzte Dumper bzw. Muldenkipper mit einer Nutzlast von 60 Tonnen oder mehr verwenden in der Regel herkömmliche Dieselmotoren, um die Antriebsleistung zu realisieren. Zum Bremsen oder zur Geschwindigkeitsreduzierung wird üblicherweise die Bremsleistung des Dieselmotors zusammen mit zusätzlichen mechanischen Bremsen, z. B. Lamellenbremsen, oder elektrischen Widerstandsbremsen genutzt.
Es ist allgemein bekannt, dass beim Bremsen eines Fahrzeugs mechanische Energie mit Hilfe eines oder mehrerer Generatoren in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Aus der US 2004 0 225 435 A1 geht ein Fahrsystem hervor, bestehend aus einem Antriebsfahrzeug, das ein Muldenkipper ist, und einem Energieversorgungsteil, das ein Hilfsfahrzeug ist, das an das Antriebsfahrzeug an- oder abgekoppelt werden kann und somit das Antriebsfahrzeug im Schwerlastbetrieb mit zusätzlicher Energie unterstützt.
Die US 9 744 872 B1 zeigt eine selbstfahrende Arbeitsmaschine in Form eines Lastwagens mit einem elektrischen Antrieb, einem von einem Verbrennungsmotor antreibbaren Generator und einer Bremsvorrichtung zum Abbremsen der Arbeitsmaschine. Die Bremsvorrichtung besteht aus einer regenerativen und einer mechanischen Bremse. Ein Bremssteuermechanismus schaltet eine mechanische Bremse ein oder aus.
Aus der EP 3 659 851 A1 geht eine Steuereinrichtung zum Steuern der Verteilung der Bremsleistung zwischen einer elektrischen, rekuperierenden Bremse und einer mechanischen Bremse hervor, wobei unterschiedliche physikalische Parameter zum Steuern der Verteilung der Bremsleistung berücksichtigt werden. So soll bspw. die mechanische Bremsleistung umso größer sein, je steiler die Fahrbahn ist, die das Fahrzeug hinab fährt.
Die US 2017/129493 A1 bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebeschaltvorgangs während eines Bremsvorgangs in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor und einer Reibungsbremse, die beide zum Abbremsen des Fahrzeugs dienen. Der Elektromotor wird zum regenerativen Bremsen verwendet. Die elektrische Bremsfähigkeit kann eine Funktion der Batteriegrenzen sein, insbesondere wenn eine Batterie einen niedrigen Ladezustand (SOC) hat, kann die regenerative Bremsfähigkeit höher sein als wenn der SOC bereits sehr nahe an seiner oberen Grenze ist.
Die US 2016/362006 A1 offenbart ein Bremssystem mit einem Elektromotor zum Antrieb von Rädern oder zum Abbremsen eines Fahrzeuges, um Energie zurückzugewinnen und den Verschleiß der mechanischen Bremsen zu verringern. Die Einschaltdauer des Elektromotors kann von der Nutzlast und der Neigung der Maschine abhängen. Eine Bedienerstation kann automatische Retarder-Einstellungen enthalten, wie z.B. beim Bremsen an der Steigung oder beim Bremsen in vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichen. Mit diesem System soll das Problem überwunden werden, dass sehr hohe Drehmomentspitzen entstehen, wenn beide Bremsmittel voll betätigt werden, und das Problem, dass Drehmomentstöße an der Achse erzeugt werden können, wenn beide Bremsmittel voll betätigt werden. Sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Bremsmittel sind so ausgelegt, das sie alleine das Fahrzeug mit voller Beladung auf einer geneigten Fahrstrecke zum Stillstand bringen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System bereitzustellen, das geeignet ist, ein Fahrzeug mit einer mechanischen Bremse und einer elektrischen, rekuperierenden Bremse energieoptimiert zu steuern.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Fahrzeugs, das ein erstes Bremsmittel, das als Generator zum elektrischen Bremsen ausgebildet und mit einer Batterie zum Laden derselben verbunden ist, um rekuperativ zu bremsen, und ein zweites Bremsmittel aufweist, das als mechanische Bremse zum mechanischen Bremsen ausgebildet ist. Bei einer Bergab-Fahrt auf einer geneigten Fahrbahn wird das Bremssystem derart gesteuert, dass eine vorbestimmte Geschwindigkeit nicht überschritten wird, wobei die Geschwindigkeit mit einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird und als Führungsgröße der Regelschleife die vorbestimmte Geschwindigkeit und als Stellgröße die gesamte Bremsleistung verwendet wird und die Neigung der Fahrbahn als Störgröße bestimmt wird und durch einen Störgrößenaufschlag in der geschlossenen Regelschleife berücksichtigt wird, wobei die gesamte Bremsleistung so zwischen der elektrischen Bremse und der mechanischen Bremse verteilt wird, dass eine maximal mögliche elektrische Leistung in der Batterie gespeichert wird.
Verfahren zum Regeln der maximalen Geschwindigkeit bei einer Bergab-Fahrt sind für große Kraftfahrzeuge, wie zum Beispiel Lastwagen oder Busse seit langem bekannt. Die herkömmlichen Verfahren regeln die Geschwindigkeit ausschließlich anhand der erfassten Geschwindigkeit und nicht mittels einer weiteren Störgröße.
Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Neigung der Fahrbahn als Störgröße berücksichtigt wird, wird einer Beschleunigung aufgrund der Neigung der Fahrbahn bereits entgegengewirkt, bevor dies zu einer tatsächlichen Beschleunigung des Fahrzeuges geführt hat. Hierdurch wird eine wesentlich gleichmäßigere und glattere Regelcharakteristik als ohne Berücksichtigung der Neigung als Störgröße erzielt. Dies hat insbesondere bei einem Bremssystem, das ein erstes Bremsmittel aufweist, das einen Generator zum rekuperativen elektrischen Bremsen und ein zweites Bremsmittel aufweist, das eine mechanische Bremse ist, erhebliche Vorteile. Die elektrische Leistung, die einer Batterie zugeführt werden kann, ist begrenzt. Je größer die elektrische Bremsleistung sein soll, desto größer muss die Batterie und desto stärker muss die entsprechende Leistungselektronik ausgelegt sein. Dies ist zum einen technisch aufwendig und zum anderen sehr teuer. Daher ist es vorteilhaft, die zur Verfügung stehende regenerative Bremsleistung kleiner als die mechanische verfügbare Bremsleistung auszubilden. Dies spart nicht nur Kosten, sondern auch Gewicht, da eine kleine Batterie dementsprechend leichter ist. Grundsätzlich möchte man möglichst viel Bremsenergie mit der elektrischen Bremse rekuperativ aufnehmen. Ohne Berücksichtigung der Neigung als Störgröße würde es beim Bremsen zu großen Ausschlägen der Bremsleistung bekommen, welche von der mechanischen Bremse aufgefangen werden müssten, da die rekuperative elektrische Bremsleistung begrenzt ist. Durch die Berücksichtigung der Neigung als Störgröße in der Regelschleife werden derartige Spitzen in der gesamten Bremsleistung reduziert, weshalb insgesamt mehr elektrische Bremsenergie mit dem rekuperativen Bremsen aufgenommen werden kann. Hierdurch kann die Energieausbeute im Vergleich zu einer Regelung, welche die Neigung der Fahrbahn bei einer Bergab-Fahrt nicht als Störgröße berücksichtigt, deutlich gesteigert werden bzw. die maximal verfügbare rekuperative Bremsleistung begrenzt werden, wodurch Gewicht und Kosten eingespart werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich das gesamte Fahrzeuggewicht bestimmt und das gesamte Fahrzeuggewicht bei der Bestimmung des Störgrößenaufschlags mit berücksichtigt. Je schwerer das gesamte Fahrzeug ist, desto größer ist die Hangabtriebskraft und die kinetische Energie. Dies ist besonders bei Lastwagen, welche mit dem Vielfachen des Leergewichtes beladen werden können, von Bedeutung, denn bei derartigen Lastwagen kann sich das gesamte Fahrzeuggewicht erheblich unterscheiden. Das gesamte Fahrzeuggewicht kann einerseits mittels einer im Fahrzeug vorgesehenen Waage bestimmt werden, mit welcher die Beladung des Fahrzeugs gemessen wird und zum Leergewicht des Fahrzeuges addiert wird. Das gesamte Fahrzeuggewicht kann jedoch auch mittels einer externen Waage bestimmt werden, wobei vorzugsweise mittels einer Datenverbindung der entsprechende Gewichtswert automatisch an eine Steuereinheit übermittelt wird, die zur Steuerung des Bremssystems verwendet wird.
Die maximal der Batterie zuführbare Leistung kann vor allem durch eine freie Ladekapazität der Batterie bestimmt sein und ist umso geringer, je kleiner die freie Ladekapazität der Batterie ist. Es sollte vermieden werden, dass die Batterie überladen wird, denn hierdurch könnte sie beschädigt werden. Die maximale der Batterie zuführbare Leistung kann jedoch durch weitere Parameter, wie zum Beispiel der Batterietemperatur, beschränkt sein.
Bei Bedarf kann zur Erhöhung der elektrischen Bremsleistung ein elektrischer Bremswiderstand parallel zur Batterie geschaltet werden. Hierdurch kann die elektrische Bremsleistung erheblich gesteigert werden. Die hiermit erzeugte Wärme wird jedoch in der Regel an die Umgebung abgeführt und die entsprechende Energie ist für den weiteren Gebrauch verloren. Daher wird es bevorzugt, wenn das elektrische Bremsen ausschließlich rekuperierend ausgeführt wird. Ein elektrischer Bremswiderstand kann typischer Weise eine elektrische Leistung von bis zu 100 kW oder mehr in Wärme umwandeln. Derartige elektrische Bremswiderstände sind in der Regel zwangsbelüftete PTC-Widerstände.
Eine elektrische Heizeinrichtung für die Fahrgastzelle wandelt zwar auch Strom in Wärme, jedoch qualifiziert sie sich aufgrund der vergleichbaren geringen elektrischen Leistung nicht als elektrischer Bremswiderstand.
Die maximal verfügbare rekuperierende Bremsleistung ist vorzugsweise kleiner als die mechanisch verfügbare Bremsleistung. Eine mechanisch verfügbare Bremsleistung kann wesentlich einfacher und kostengünstiger als eine rekuperierende elektrische Bremsleistung bereitgestellt werden, auch wenn dies bei Lastwagen mit großer Zuladung auch einen erheblichen Aufwand und Kosten bedeuten kann. Die mechanische Bremsleistung wird in der Regel so bemessen, dass das Fahrzeug auch bei voller Beladung und geneigter Fahrstrecke zuverlässig zum Stillstand gebracht werden kann. Die elektrische Bremsleistung kann kleiner sein, so dass nicht immer ein vollständiges Abbremsen mit der elektrischen Bremsleistung möglich ist.
Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann beispielsweise mittels einer Eingabeeinrichtung eingegeben werden und ist dann ein statischer Wert, der als Führungsgröße der Regelschleife dient. Die vorgegebene Geschwindigkeit kann jedoch auch anhand einer Bremspedalstellung ermittelt werden. Die Bremspedalstellung entspricht dann einem bestimmten Geschwindigkeitswert oder einem bestimmten Geschwindigkeitsunterschied, um den die aktuelle Geschwindigkeit herabgesetzt werden soll. Wird die vorbestimmte Geschwindigkeit mittels der Bremspedalstellung ermittelt, dann kann sie sich dynamisch während der Fahrt ändern. Bei schweren Kraftfahrzeugen, wie z.B. Bussen und Lastwägen, kann die maximal zulässige Änderungs- bzw. Verzögerungsrate bei einem Normalbetrieb begrenzt sein und lediglich beim Erkennen einer Notbremsung, beispielsweise ab einer bestimmten Winkelstellung des Bremspedals, die maximal verfügbare Bremsleistung ohne Begrenzung der Verzögerungsrate ausgeführt werden. Eine solche Begrenzung der Verzögerungsrate im Normalbetrieb führt zu einer gleichmäßigen und effizienten Regelung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei einer statisch vorbestimmten Geschwindigkeit als Führungsgröße, da diese sehr gleichmäßig ohne Regelschwingungen geregelt werden kann.
Die geschlossene Regelschleife verwendet vorzugsweise ein PI- oder einen PID-Regler. Ein PI-Regler weist einen Proportionalregler und einen Integralregler auf. Ein PID-Regler weist zusätzlich noch einen Differenzialregler auf. Ein solcher Differenzialregler führt zu einer schnellen Regelantwort. Dies kann jedoch nachteilig beim Regeln eines Bremssystems eines schweren Fahrzeuges sein, denn hierdurch kann es zu Regelschwingungen kommen. Ein Differenzialregler kann grundsätzlich vorgesehen sein, jedoch ist sein Einfluss auf den gesamten Regler gering, um Regelschwingungen zu vermeiden. Die Anteile des Proportionalreglers und des Integralreglers sind im Vergleich zum Differenzialregler grundsätzlich größer, um so eine gleichmäßige und ruhige Regelung zu bewirken.
Der geschlossene Regelkreis ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Störgrößenaufschlag auf die Führungsgröße wirkt. Es hat sich gezeigt, dass dies insbesondere in Kombination mit einem Regler, der vor allem durch einen Proportionalregler geprägt ist, von Vorteil ist, da eine Abweichung der Führungsgröße aufgrund des Störgrößenaufschlages von dem Proportionalregler unmittelbar ausgeregelt wird. Hierdurch wird einerseits eine schnelle Regelreaktion erzielt und andererseits wird sichergestellt, dass es nicht zu Überschwingungen kommt, welche Regelschwingungen verursachen würden.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass der Störgrößenaufschlag auf die Stellgröße, der gesamten Bremsleistung, wirkt.
Das Verteilen der gesamten Bremsleistung zwischen der elektrischen Bremse und der mechanischen Bremse kann derart erfolgen, dass die gesamte Bremsleistung, soweit sie nicht größer als eine vorgegebene maximal verfügbare elektrische Bremsleistung ist, der elektrischen Bremseinrichtung zugeführt und der Anteil der gesamten Bremsleistung, der über der maximal verfügbaren elektrischen Bremsleistung liegt, der mechanischen Bremse zugeführt wird, wobei die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung nach einem oder mehreren physikalischen Parametern bestimmt wird. Die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung bildet somit einen Schwellenwert, wobei die gesamte Bremsleistung, soweit sie nicht größer als dieser Schwellenwert ist, ausschließlich der elektrischen Bremse und nur der über dem Schwellenwert liegende Anteil der gesamten Bremsleistung der mechanischen Bremse zugeführt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung in jeder Bremssituation vollständig ausgenutzt wird.
Die physikalischen Parameter zum Bestimmen der maximal verfügbaren Bremsleistung umfassen vorzugsweise zumindest zwei der Parameter freie Ladekapazität der Batterie, Temperatur der Batterie, Temperatur des Generators, Temperatur eines Wechselrichters und/oder Leistungsreserven des Generators. Anhand eines jeden der physikalischen Parameter, welche verwendet werden, wird ein Wert der maximal verfügbaren Bremsleistung berechnet und der kleinste dieser berechneten Werte als maximal verfügbare Bremsleistung bei der Verteilung der gesamten Bremsleistung zwischen der elektrischen Bremse und der mechanischen Bremse berücksichtigt. Somit bestimmt die schwächste Komponente aus Gruppe Batterie, Generator und Wechselrichter die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung.
Diese maximal verfügbare elektrische Bremsleistung ist vorzugsweise die maximal verfügbare elektrische rekuperative Bremsleistung.
Die Leistungsreserven des Generators werden vorzugsweise mittels des Grenzlastintegrals berechnet, das auch als Schmelzintegral oder als I²t-Wert bezeichnet wird. Dies ist ein Kriterium für die kurzzeitige Belastbarkeit von elektronischen Komponenten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung eines Bremssystems zum Ausführen des oben erläuterten Verfahrens.
Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die beiden Bremsmittel automatisch zu steuern, was bedeutet, dass außer der vorgegebenen Geschwindigkeit keine weiteren externen Eingaben erforderlich sind. Dies schließt nicht aus, dass die Steuereinheit Maximal- und/oder Minimalwerte sowie Sollwerte für die Geschwindigkeit verwendet, die der Steuerung beispielsweise durch den Fahrer oder Bediener vorgegeben werden.
Neben der Neigung und des gesamten Gewichts des Fahrzeuges können weitere physikalische Parameter als Störgrößen verwendet werden. Hierzu sind u.a. alle physikalischen Größen geeignet, die Einfluss auf die kinetische Energie des Fahrzeuges haben.
Diese physikalischen Größen beeinflussen den Fahrbetrieb des Fahrzeugs, insbesondere den Bremsvorgang und die zum Halten oder Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderliche Bremsleistung_;. Es kann auch sein, dass der Parameter Vorhersagen über die Beanspruchung der Aggregate des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs zulässt. Es ist auch möglich, dass physikalische Parameter verwendet werden, die mit den Eigenschaften und Bedingungen der Fahrbahn zusammenhängen, wie z. B. Unebenheiten oder Rutschfestigkeit.
Die Gesamtbremsleistung ist die Leistung, die erforderlich ist, um die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu halten oder zu verringern. Beim Bremsen wird im Allgemeinen die kinetische Energie des Fahrzeugs durch ein Bremssystem über mechanische Energie in z. B. Wärme umgewandelt, wenn es sich um eine mechanische Bremse handelt. Erfindungsgemäß ist die Gesamtbremsleistung definiert als die Summe der Bremsleistung der beiden Bremsmittel, wenn als Bremsmittel des jeweiligen Fahrzeugs nur die mechanische Bremse und der Rekuperatorgenerator vorgesehen sind.
Ein Rekuperatorgenerator wird auch als regenerative Bremse bezeichnet. Der Generator wandelt mechanische Energie, die z.B. aus der kinetischen Energie eines bergab fahrenden Fahrzeugs resultiert, in elektrische Energie um, die zum Laden eines Energiespeichers wie einer Batterie oder zur Versorgung anderer Aggregate genutzt werden kann. Gleichzeitig hat der Generator beim Abbremsen eine Bremswirkung und bremst die Geschwindigkeit ab. Der Generator kann auch im Modus eines Elektromotors verwendet werden, wenn anstelle des Bremsens eine Antriebskraft benötigt wird.
Das erste Bremsmittel kann zum Beispiel durch eine permanente Synchronmaschine realisiert werden.
Das zweite Bremsmittel ist mindestens eine mechanische Bremse. Vorteilhafterweise werden verschleißfreie mechanische Bremsen verwendet. Die mechanische Bremse kann zum Beispiel eine nasslaufende Lamellenbremse sein. Bei großen Fahrzeugen, wie Muldenkippern, sind Reibungsbremsen, wie Scheibenbremsen aufgrund ihres hohen Verschleißes grundsätzlich weniger geeignet. Verschleißfrei mechanische Bremsen verursachen hingegen eine sogenannte Schlepplast, das heißt, sie erzeugen immer einen Bremswiderstand, gegen den auch bei vom Motor angetriebener Fahrt gearbeitet werden muss.
Die beiden Bremsen können bei Bedarf parallel arbeiten. Die Steuereinheit regelt auch die proportionale Verteilung der Bremsleistung zwischen den beiden Bremsmitteln, wobei die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass beide Bremsmittel derart gesteuert werden, dass die elektrische Energieausbeute maximiert wird und gleichzeitig die Fahrzeugkomponenten durch mindestens einen physikalischen Parameter vor Schäden bewahrt werden. Vorzugsweise werden mehrere Parameter für die Steuerung verwendet. Dabei verhindert die Steuereinheit, dass die Geschwindigkeit einen vorgegebenen maximalen Geschwindigkeitswert über zulässige Toleranzen hinaus überschreitet. Das bedeutet beispielsweise, dass die Steuereinheit bei einer voll geladenen Fahrzeugbatterie automatisch die Bremsleistung der mechanischen Bremse erhöht und die Bremsleistung des Rekuperatorgenerators verringert. Bei geringem Gefälle der Fahrbahn und/oder einer schwach geladenen Batterie reduziert die Steuereinheit die Bremsleistung der mechanischen Bremse auf nahezu Null, so dass die Bremswirkung nahezu vollständig durch den Generator realisiert und der Energieertrag erhöht wird. Bei Gefälle wird zunächst auch vor allem mit der rekuperativen Bremse gebremst sofern deren Bremsleistung ausreichend groß ist. Durch die Berücksichtigung der Neigung und insbesondere der gesamtem Masse des Fahrzeuges kann die Regelung schnell bei einer Neigung eingreifen ohne dass es zu Regelschwingungen kommt. Hierdurch kommt die mechanische Bremse weniger häufig zum Einsatz und es kann insgesamt mehr elektrische Energie rekuperiert werden. Erst ab Steigungen, die eine Gesamtbremsleistung erfordern, welche größer als die maximale Bremsleistung der rekuperativen Bremse ist, greift die mechanische Bremse zusätzlich ein und/oder es wird ein parallel zum Generator angeordneter elektrischer Bremswiderstand zugeschaltet, mit dem elektrische Energie in Wärme gewandelt wird.
Grundsätzlich sind alle Zustände der Bremskraftverteilung zwischen 100% erster Bremsmittel-Bremskraft und 0% zweiter Bremsmittel-Bremskraft und umgekehrt möglich.
Die Steuereinheit kann auch so ausgebildet sein, dass die mechanische Bremse bevorzugt wird, auch wenn die Batterie nicht vollständig geladen ist, wenn ein oder mehrere physikalische Parameter, wie z.B. physikalische Parameter einer zukünftigen Fahrsituation diese Art des Betriebs der Bremsmittel erfordern.
Der Berücksichtigung des gesamten Fahrzeuggewichts bzw. der gesamten Fahrzeugmasse liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine höhere Fahrzeugmasse zu einer höheren kinetischen Energie bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit bzw. zu einer höheren Hangabtriebskraft während das Fahrzeug bergab fährt, führt. Eine höhere kinetische Energie bzw. eine höhere Hangabtriebskraft führen zu einer höheren Gesamtbremsleistung, die erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten oder zu verringern.
Die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist die Summe aus der Masse des Fahrzeugs selbst und der Masse der aktuellen Ladung. Die Masse der aktuellen Ladung kann durch interne Waagen des Fahrzeugs selbst gemessen werden. Es ist auch möglich, dass die Masse von externen Geräten gemessen und der Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird, z. B. durch manuelle Eingabe.
Die Neigung der Fahrbahn in der aktuellen Fahrsituation kann mit Neigungs- oder Winkelmessgeräten wie Neigungsmessern gemessen werden, bei denen es sich um fahrzeugspezifische Geräte handeln kann. Je steiler die Neigung ist, desto größer ist die Beschleunigung und damit die erforderliche Gesamtbremsleistung.
Unter der voraussichtlichen bzw. zukünftigen Fahrsituation ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die erwartete oder voraussichtliche Fahrsituation in naher Zukunft zu verstehen. Die voraussichtliche Fahrsituation kann z.B. durch Fahrbahnprofile, die z.B. digital zur Verwendung in der Steuereinheit hinterlegt sind, in die Bremskraftregelung integriert werden. Anhand der zukünftigen Fahrsituation wird ein Störgrößenaufschlag bestimmt, der in der geschlossenen Regelschleife berücksichtigt wird. Der Störgrößenaufschlag wird so berechnet, dass das nicht-rekuperative Bremsen, wie z.B. das mechanische Bremsen, minimiert und das rekuperative Bremsen maximiert wird.
Die Profile können neben der Steilheit der Fahrbahnneigung zusätzliche Informationen über die zu fahrende Strecke in Abhängigkeit von der Position auf der Strecke enthalten, wie z.B. Hafteigenschaften der Oberfläche, Kurvenradien, Kurvenneigung und andere. Diese Ausführungsform wird besonders dann bevorzugt, wenn dieselbe Strecke mehrmals befahren werden muss, wie es z. B. im Bergbau üblich ist. Es ist auch möglich, Daten aus Navigationssystemen und/oder Geoinformationssystemen zu verwenden. Die Verwendung von Informationen über die voraussichtliche Fahrsituation als Störgröße in der geschlossenen Regelschleife hat den Vorteil, dass der Steuerungsprozess vorausschauend und damit genau und sicher wird. Zudem wird vorzugsweise beim vorausschauenden Bremsen vor steil abfallenden Fahrbahnen die Geschwindigkeit durch rekuperierendes Bremsen herabgesetzt, so dass weniger nicht rekuperierende Bremsleistung bei der abfallenden Fahrbahn notwendig ist.
Zusätzlich kann auch der Grad der elastischen Verformung einer Fahrzeugfeder und/oder die Hub- oder Druckwerte eines Fahrzeugstoßdämpfers, die mit der vertikalen Bewegung des fahrenden Fahrzeugs relativ zur Fahrbahn zusammenhängen, als Störgröße verwendet werden.
Die erforderliche Gesamtbremsleistung kann auch von den Eigenschaften und Bedingungen der Fahrbahn abhängen. Dies ist besonders wichtig in schwierigen Fahrumgebungen, d.h. z.B. Fahrflächen mit großen und/oder tiefen Schlaglöchern. In diesen schwierigen Umgebungen ist es vorteilhaft, direkte oder indirekte Messdaten von Federn und/oder Stoßdämpfern des fahrenden Fahrzeugs in den Regelprozess zu integrieren, um Schäden an Fahrzeugkomponenten zu vermeiden.
Eine weitere physikalische Größe, die in den Kontrollprozess als Störgröße einbezogen wird, kann der Längsschlupf mindestens eines Reifens des Fahrzeugs auf der Fahrbahn sein.
Der Längsschlupf wird in der Regel als Differenz zwischen der Oberflächengeschwindigkeit eines Fahrzeugreifens und der Fahrbahn gemessen und im Allgemeinen in Prozent angegeben. Je höher der Schlupf ist, desto geringer ist die Haftkraft zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn. Die erforderliche Gesamtbremskraft und die proportionale Verteilung der Gesamtbremsleistung auf die beiden Bremsmittel können an die Schlupfrate angepasst werden.
Ein erfindungsgemäßer Wegstreckenzähler zählt zunächst die Anzahl der Bergauf- und Bergabfahrten des Fahrzeugs. Es ist auch möglich, dass der Zähler die gesamte in einem bestimmten Zeitraum gefahrene Strecke misst oder ähnliche Informationen liefert.
In einer anderen Ausführungsform ist die aktuelle Restkapazität der Fahrzeugbatterie die physikalische Größe, die in den Steuerungsprozess zum Bestimmen der mechanischen elektrischen Bremsleistung einbezogen wird.
Die verbleibende oder auch Restkapazität einer Batterie gibt an, wie viel Strom eine Batterie noch speichern kann, bis sie vollständig geladen ist. Als entsprechender Wert kann der Ladezustand bei der Steuerung verwendet werden. Je geringer die Restkapazität ist, desto mehr Bremsleistung wird von der mechanischen Bremse benötigt. Dieses Steuerungsverhalten kann auch durch einen definierten Restkapazitätswert realisiert werden.
Der Vorteil der Verwendung der verbleibenden Kapazität zur Steuerung der Bremsleistungsverteilung zwischen den beiden Bremsmitteln besteht darin, dass eine Überladung der Batterie oder des an den Generator angeschlossenen Batteriesystems vermieden wird. Eine Überladung kann die Betriebsdauer einer Batterie verkürzen und/oder die allgemeine Kapazität der Batterie verringern. Je geringer die allgemeine Kapazität der Batterie ist, desto weniger Energie kann während der Bergabfahrt des Fahrzeugs gespeichert werden. Bei einem elektrisch betriebenen Muldenkipper ist die Batterie eine der kostenintensivsten Komponenten und muss daher sorgfältig überwacht und betrieben werden.
Die vom Rekuperationsgenerator umgewandelte elektrische Energie kann in mindestens einer Batterie gespeichert werden, die in das Fahrzeug integriert ist. Es ist auch möglich, dass das Fahrzeug über ein Batteriemanagementsystem verfügt, das mehrere Batterien und damit den Ladezustand mehrerer Batterien steuert. In diesem Fall kann die Steuereinheit steuerungsbezogen mit dem Batteriemanagementsystem verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist die Temperatur der mechanischen Bremse, des Rekuperationsgenerators und/oder der Fahrzeugbatterie die physikalische Größe, die in den Steuerungsprozess zum Bestimmen der maximalen verfügbaren elektrischen Bremsleistung einbezogen wird.
Der Vorteil der Einbettung von Temperaturinformationen liegt darin, dass die Temperatur häufig Aufschluss über die Beanspruchung eines technischen Bauteils gibt. Erfindungsgemäß kann die Steuereinheit die Temperaturinformation nutzen, um den Einsatz der beiden Bremsmittel abzustimmen. Einerseits kann die Steuerung geeignet sein, den Anteil der durch die mechanische Bremse realisierten Bremsleistung zu verringern, wenn die Temperatur der mechanischen Bremse einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Andererseits kann die Steuerung dazu eingerichtet sein, den Anteil der vom Rekuperationsgenerator realisierten Bremsleistung zu senken, wenn die Temperatur des Rekuperatorgenerators einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Das heißt, beide Regelverhalten können auch durch definierte Maximaltemperaturwerte für die mechanische Bremse und/oder den Rekuperatorgenerator realisiert werden. Beide Regelungsmechanismen schließen sich nicht gegenseitig aus.
Wenn die Temperatur der Batterie oder des Batteriesystems einen bestimmten Wert erreicht hat, sollte die Bremsleistung des rekuperierenden Generators durch das Steuerungsverfahren gesenkt werden, um ein sogenanntes thermisches Durchgehen zu vermeiden, ein Effekt, der zu einer unkontrollierten Überhitzung der Batterie führt, die die Batterie dauerhaft schädigt.
In einer speziellen Ausführungsform steuert die Steuereinheit zusätzlich ein Heiz- und Kühlsystem der Batterie oder des Batteriesystems, um eine optimale und gleichmäßige Temperatur zu erreichen. Erfindungsgemäß können mehrere Temperaturwerte gleichzeitig in den Regelprozess einbezogen werden.
Die Steuereinheit kann die Gesamtbremsleistung so steuern, dass eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs nicht überschritten wird.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Gesamtbremsleistung so zu steuern, dass die Abweichung zwischen der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer definierten Fahrzeuggeschwindigkeit weniger als 15 %, insbesondere weniger als 10 %, der definierten maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt.
Die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann 20 km/h betragen. Es ist auch möglich, eine Höchstgeschwindigkeit von 40 km/h zu erreichen.
Die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann ein fester, zeit- und positionsunabhängiger Wert sein. Es ist auch möglich, dass der definierte Maximalgeschwindigkeitswert von der aktuellen Position des Fahrzeugs und damit von einer Maximalgeschwindigkeitsfunktion oder einem Maximalgeschwindigkeitsprofil abhängt, das mit dem Fahrbahnprofil verbunden sein kann. Der Vorteil ist, dass das von der Steuereinheit gesteuerte Fahrzeug aufgrund der minimalen Geschwindigkeitsabweichung sein Ziel rechtzeitig erreicht.
Es ist auch möglich, dass der Fahrer des Fahrzeugs die Höchstgeschwindigkeit während der Fahrt und aufgrund der aktuellen Fahrsituation in einer Weise beeinflussen kann, die mit einer aus dem Automobil bekannten Geschwindigkeitsregelung vergleichbar ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Höchstgeschwindigkeitswert von einem externen Bediener vorgegeben wird, der nicht der Fahrer ist, sondern das Fahrzeug über ein Fernbedienungspult steuert.
Der Höchstgeschwindigkeitswert kann der Steuereinheit z.B. über eine im Fahrzeug integrierte Schnittstelle zugeführt werden, die datenübertragbar mit der Steuereinheit verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu geeignet, die Antriebsleistung mindestens eines Antriebsaggregats wie eines Elektromotors und/oder eines Verbrennungsmotors zu steuern.
Neben der Steuerung des Bremsverhaltens kann die Steuereinheit auch die Antriebsleistung steuern. Die Antriebseinheit eines Fahrzeugs kann zum Beispiel ein Elektromotor und/oder ein Verbrennungsmotor sein. Durch die Steuerung der Antriebsleistung und damit der kinetischen Energie steuert die Steuereinheit indirekt auch die von diesem Aggregat bereitgestellte Bremsleistung.
Neben dem Antriebsaggregat, das das Fahrzeug antreibt, kann die Steuereinheit auch sekundäre Antriebsaggregate steuern, die die Arbeitsausrüstung des Fahrzeugs betreiben, wie z. B. das Anheben der Ladefläche eines Kipplasters.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass es einen Lade- und/oder Entladevorgang steuert, wobei die Fahrzeugbatterie durch die Nutzung eines Stromnetzes geladen und/oder entladen wird.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit geeignet sein, einen Steuerungsvorgang zu steuern, bei dem eine Batterie oder ein Batteriesystem eines ersten Fahrzeugs durch die Verwendung einer Batterie oder eines Batteriesystems eines zweiten Fahrzeugs geladen wird.
Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei fehlendem Stromnetz, was beispielsweise im Bergbau der Fall sein kann, eine elektrische Energieübertragung zwischen mehreren Fahrzeugen möglich ist.
Die Steuereinheit kann auch in der Lage sein, die Vorladung eines Wechselrichters zu steuern.
Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Bauteil, das im Strompfad zwischen dem Rekuperatorgenerator (Wechselstrom) und der Batterie (Gleichstrom) und/oder dem Elektromotor (Wechselstrom) und der Batterie (Gleichstrom) angeordnet ist. Ein Wechselrichter ist ein Bauteil, das elektrische Energie für die Nutzung und/oder Speicherung aufbereitet oder umwandelt, insbesondere durch Umwandlung von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) und umgekehrt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen oder Muldenkipper zum Laden und Transportieren von Muldenmaterial. Das Fahrzeug umfasst eine Steuereinheit gemäß mindestens einer der beschriebenen Ausführungsformen und ein erstes Bremsmittel, das als Generator ausgebildet ist, um einen Rekuperationsbetrieb des antreibenden Fahrzeugs zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie zu realisieren sowie eine Bremsleistung mittels des Rekuperationsgenerators zu realisieren. Das Fahrzeug umfasst außerdem ein zweites Bremsmittel, das als mechanische Bremse ausgebildet ist, um eine weitere Bremsleistung zu realisieren, und mindestens eine Batterie, um die durch das erste Bremsmittel umgewandelte rekuperierte elektrische Energie zumindest teilweise zu speichern.
Das Fahrzeug kann aus einer 5-Tonnen-Batterie mit einer maximalen elektrischen Ladeleistung von 634 kW bestehen . Das Gesamtgewicht eines solchen Fahrzeugs kann bis zu 123 Tonnen betragen. Das Leergewicht beträgt 58 Tonnen und die maximale Zuladung 65 Tonnen.
Erfindungsgemäß können durch Rekuperation bei Bergabfahrten 77 MWh CO₂-freie elektrische Energie pro Jahr erzeugt werden.
Ein Vorteil dieses Fahrzeugs ist, dass durch den Einsatz von rekuperierter Energie zum Betrieb des Fahrzeugs 50.000 Liter Diesel und damit 130 Tonnen CO₂ pro Jahr eingespart werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wartungskosten im Vergleich zu Kippern mit Dieselmotoren reduziert werden. Außerdem ist ein solches Fahrzeug wesentlich leiser als herkömmliche Kipper mit Dieselmotoren. Damit ist das Fahrzeug eine ökologische und ökonomische Maschine, insbesondere im Bergbau, wo es notwendig sein kann, Steigungen bis zu 15% unter widrigen Bedingungen voll beladen zu bewältigen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst dieses Fahrzeug mindestens ein Antriebsaggregat, das mit der Steuereinheit steuerungsmäßig verbunden ist und von der Steuereinheit gesteuert werden kann.
Das bedeutet, dass die Steuereinheit nicht nur die Verteilung der Bremsleistung zwischen den Bremsmitteln in einem Verzögerungsmodus steuert, sondern auch die erforderliche Leistung für den Betrieb des Fahrzeugs in einem Beschleunigungsmodus. Bei der zu steuernden Antriebseinheit kann es sich sowohl um einen Elektromotor als auch um einen Verbrennungsmotor handeln.
Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit ein Elektromotor ist und dass der Elektromotor die gleiche Einheit ist wie die Rekuperatorbremse, die nur andersherum funktioniert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb des genannten Fahrzeugs. Das Fahrzeug fährt bergauf, nimmt eine Last in eine erste Position auf und fährt mit erhöhter Masse bergab in eine zweite Position, die tiefer liegt als die erste Position. Die kinetische Energie des Fahrzeugs auf dem Weg nach unten wird durch die Rekuperationswirkung beim Abbremsen des Fahrzeugs mittels des Rekuperationsgenerators zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt, und die elektrische Energie wird zumindest teilweise in der Batterie des Fahrzeugs gespeichert. Bei diesem Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs steuert die Steuereinheit die Bremsleistung des Rekuperationsgenerators und der mechanischen Bremse.
Mit anderen Worten, die Steuereinheit steuert die effektive Nutzung der kinetischen Energie eines beladenen und daher schwergewichtigen Fahrzeugs, wenn es z. B. mit Kippmaterial beladen einen Hügel hinunterfährt.
Aufgrund der Last des Lkw hat das Fahrzeug in der ersten Position eine höhere potenzielle Energie als in der zweiten Position, in der das Fahrzeug eine niedrigere potenzielle Energie hat. Beim Bergabfahren wird die potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.
In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugbetriebsverfahrens nutzt das Fahrzeug zumindest teilweise die rekuperierte elektrische Energie einer vorangegangenen Bergabfahrt, um bergauf zu fahren.
Die zurückgewonnene Energie kann genutzt werden, um das Fahrzeug, das nicht unbedingt, aber typischerweise unbeladen oder weniger beladen und daher leichter ist, bergauf anzutreiben. Diese Fahrweise ist typisch für den Transport von Bergbaugütern oder Haldenmaterial, aber auch für den Baubereich. Je nach der allgemeinen Kapazität der Batterie oder des Batteriesystems und der konkreten Fahrsituation kann die Menge der gespeicherten rekuperierten elektrischen Energie so hoch sein wie die Energie, die benötigt wird, um das unbeladene Fahrzeug bergauf zu fahren, oder sogar höher.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die rekuperierte elektrische Energie eines Bergabfahrens in ein Stromnetz eingespeist.
Insbesondere dann, wenn in der Fahrzeugbatterie mehr rekuperierte Energie gespeichert ist, als für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs benötigt wird, wird die Energie, die nicht für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird, vorzugsweise in ein Stromnetz eingespeist. Es ist auch möglich, dass die Energie in die Batterie eines anderen Fahrzeugs oder in einen externen Energiespeicher eingespeist wird, der wie eine elektrische Energietankstelle auf einer Bergbau- oder Baustelle ohne Anschluss an ein Stromnetz funktionieren kann.
In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, dass das Fahrzeug fahrerlos betrieben wird.
Fahrerlos bedeutet, dass der Betrieb des Fahrzeugs so automatisiert ist, dass kein Fahrer mehr im Fahrzeug sitzen muss. Insbesondere in einem Anwendungsbereich wie dem Bergbau, wo ein Muldenkipper die gleiche Strecke unter den gleichen oder nahezu gleichen Bedingungen mehrmals abfährt, ermöglicht die Verwendung mehrerer physikalischer Parameter einen vollständig automatisierten Betrieb.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Steuereinheit zur Steuerung der Bremsung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens oder Kipplasters zum Laden und Transportieren von Kippmaterial.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm, insbesondere eine App, das in den internen, insbesondere nichtflüchtigen, Speicher eines digitalen Computers, insbesondere eines Smartphones oder eines Tablet-Computers, hochgeladen werden kann und das einen Computerprogrammcode umfasst, der bei Ausführung auf dem digitalen Computer die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es wird gezeigt in

1: eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das ausschließlich mittels eines Rekuperationsgenerators abgebremst wird,
2: eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das mittels einer erfindungsgemäßen mechanischen Bremse vollständig abgebremst wird,
3: eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das mittels eines Rekuperationsgenerators und einer mechanischen Bremse parallel gebremst wird,
4: eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das durch ein Generator/Motor angetrieben wird, und
5: eine geschlossene Regelschleife in einem Blockschaltbild zur Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 30, das ausschließlich im Rekuperationsmodus arbeitet. Die kinetische Energie 11 des Fahrzeugs 30 wird von den Fahrzeugrädern 6 auf ein auf einer Achse angeordnetes mechanisches Getriebe 10 und weiter über einen Achskörper 7, eine Welle 16 und ein Lastschaltgetriebe 9 auf ein erstes Bremsmittel 3 übertragen, das in der hier gezeigten Ausführungsform ein im Rekuperationsmodus arbeitender Generator ist. Der Generator wandelt mechanische Energie 12 in elektrische Energie 13 um, die über einen Wechselrichter 8 an eine Batterie 5 übertragen wird, in der die rekuperierte elektrische Energie 13 gespeichert wird.
Die gestrichelten Linien zwischen der Steuereinheit 1 und der Batterie 5 des Fahrzeugs 30, den ersten Bremsmitteln 3 und den beiden zweiten Bremsmitteln 4, bei denen es sich um mechanische Bremsen handelt, zeigen an, dass diese Verbindung steuerungsbezogen ist. Die Steuereinheit 1 ist mit den ersten Bremsmitteln 3 und den zweiten Bremsmitteln 4 verbunden, um die Bremsleistung dieser beiden Mittel zu erhöhen und/oder zu verringern. Umgekehrt ermöglicht die Verbindung zwischen den Bremsmitteln 3, 4 und der Steuereinheit 1 die Übertragung von Daten aus steuerungsrelevanten physikalischen Parametern wie Temperaturdaten von den Bremsmitteln 3, 4 an die Steuereinheit 1. Die Steuereinheit 1 ist in der hier gezeigten Ausführungsform auch mit der Batterie 5 verbunden, um Informationen über die verbleibende Batteriekapazität oder andere batteriebezogene physikalische Parameter zu übertragen. Nicht dargestellt ist, dass die Steuereinheit 1 auch mit anderen Systemen und Komponenten des Fahrzeugs 30 verbunden ist, wie z. B. Geschwindigkeitsmessung und interne Waagen.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 30, das ausschließlich mit Hilfe der zweiten Bremseinrichtung 4, der mechanischen Bremse, abgebremst wird. Diese Betriebsart kann der Fall sein, wenn die Batterie 5 voll geladen ist oder die Batterietemperatur zu hoch ist. In dieser Betriebsart wird keine Energie vom mechanischen Getriebe 10 über den Achskörper 7, die Welle 16 des Lastschaltgetriebes 9, das erste Bremsmittel 3 und den Wechselrichter 8 an die Batterie 5 übertragen. Die kinetische Energie 11 des Fahrzeugs 30 wird in Wärme 14 umgewandelt, die nicht mehr für den Antriebs- und/oder Bremsmechanismus nutzbar ist. Die gestrichelten Linien zeigen, dass auch dieser Vorgang von der Steuereinheit 1 gesteuert wird. Die Referenznummer 6 bezieht sich auf die Räder.
3 zeigt eine gemischte Bremsung, bei der das Fahrzeug 30 gleichzeitig durch einen rekuperierende elektrische Bremse und eine mechanische Bremse, d. h. die ersten und zweiten Bremsmittel 3, 4, gebremst wird. Beide Mechanismen arbeiten parallel. Die Steuereinheit 1 regelt die proportionale Aufteilung der benötigten Gesamtbremsleistung zwischen dem ersten und dem zweiten Bremsmittel 3, 4. Einerseits ist die Übertragung der kinetischen Energie 11 von den Rädern bzw. Reifen 6 über die mechanischen Getriebe 10, den Achskörper 7, die Welle 16 und das Lastschaltgetriebe 9 auf den Generator 3 sowie die Übertragung der erzeugten elektrischen Energie 13 auf den Wechselrichter 8 und die Batterie 5 dargestellt. Andererseits zeigt 3, dass gleichzeitig die mechanische Energie 12 teilweise von den zweiten Bremsmitteln 4, d. h. den mechanischen Bremsen, aufgenommen und in Wärme 14 umgewandelt wird. Auch hier ist zu erkennen, dass der gesamte Prozess von der Steuereinheit 1 über die in gestrichelten Linien dargestellten steuerungsbezogenen Verbindungen gesteuert wird.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 30, das von einem Aggregat 15 angetrieben wird. Das Antriebsaggregat 15 wird durch die elektrische Energie 13 angetrieben, die von der Batterie 5 des Fahrzeugs 30 über den Wechselrichter 8 übertragen wird. Das Aggregat 15 wandelt die elektrische Energie 13 in mechanische Energie 12 um, die über den Lastschaltgenerator 9, die Welle 16, den Achskörper 7 und das mechanische Getriebe 10 übertragen wird und die Räder 6 antreibt. Die Steuereinheit 1 steuert in diesem Beispiel die zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderliche Antriebsleistung. Das zweite Bremsmittel 4, die mechanische Bremse, ist nicht im Einsatz.
Das Fahrzeug 30 weist eine geschlossene Regelschleife 20 (5) auf, bei dem eine Ist-Geschwindigkeit v_ist anhand einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit v_soll, geregelt wird.
Die geschlossene Regelschleife 20 weist einen PI-Regler 21 auf, der an seiner Eingangsseite mit einem Subtrahierer 22 verbunden ist, der die Differenz aus der Sollgeschwindigkeit v_soll und der Ist-Geschwindigkeit v_ist berechnet und dem PI-Regler 21 als Führungsgröße Δv zuführt.
Der PI-Regler 21 gibt als Stellgröße die gesamte Bremsleistung P_t aus, die der Regelstrecke zugeführt wird. Die Regelstrecke umfasst im Sinne der Regelungstechnik das Kraftfahrzeug 30 mit seinen Antriebs- und Verzögerungskomponenten. Zur einfachen Darstellung sind in 5 lediglich ein Bremsleistungsverteilungsmodul 23 und die gesamte Bremseinrichtung 24 mit der elektrischen Bremse 3 und der mechanischen Bremse 4 gezeigt.
Das Bremsleistungsverteilungsmodul 23 ist mit einem Regenerationsfähigkeitsmodul 25 verbunden, das die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung P_ev bestimmt und an das Bremsleistungsverteilungsmodul 23 weiterleitet.
Der Subtrahierer 22, der PI-Regler 21, die Regelstrecke 23, 24 bilden zusammen mit einer Rückkopplung 26, mit welcher die Ist-Geschwindigkeit v_ist zurück an den Subtrahierer 22 übertragen wird, die geschlossene Regelschleife 20.
Zusätzlich ist eine Sekundäregelschleife 27 vorgesehen, welche ein Störmodul 28 aufweist, mit welchen zumindest eine auf die Regelstrecke wirkende Störgröße erfasst und hieraus ein Störgrößenaufschlag v_k bestimmt wird. Der Störgrößenaufschlag wird dem Subtrahierer 22 zugeführt und dort zur Differenzgeschwindigkeit Δv hinzu addiert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden als Störgrößen die Neigung der Fahrbahn und das gesamte Gewicht des Fahrzeuges erfasst.
Das Störmodul 28 misst die aktuelle Neigung α der Längsrichtung des Fahrzeuges gegenüber der Horizontalen und die Zuladung des Fahrzeuges. Das Fahrzeug weist ein luftgelagertes oder Gas-/Ölgelagertes Fahrwerk auf. Anhand des Druckes des Fahrwerkes kann die Zuladung bestimmt werden. Die Zuladung wird dann zum Leergewicht, das bekannt ist, addiert und ergibt somit das gesamte Fahrzeuggewicht bzw. die gesamte Fahrzeugmasse M_t.
Der Störgrößenaufschlag V_k wird mit folgender Formel berechnet: $V_{k} = M_{t} (a + b sin α)$
wobei die Komponente M_t a eine Änderung der kinetischen Energie und die Komponente M_t sin α ihre Ursache in der Hangabtriebskraft hat, wobei a, b jeweils empirisch festlegbare Parameter sind.
Je flacher die Steigerung ist, desto geringer ist der Einfluss der Hangabtriebskraft.
Bei Fahrzeugen, bei welchen die gesamte Masse wenig variiert, kann es auch sinnvoll sein, den Störgrößenaufschlag alleine aufgrund der Komponente der Hangabtriebskraft zu berechnen, da die andere Komponente im Wesentlichen konstant ist und damit in der Primärregelschleife 20 bzw. die gesamte Masse in dem Parameter b aufgeht. Die gesamte Fahrzeugmasse wird dann nicht als Störgröße berücksichtigt.
Das Regenerationsfähigkeitsmodul 25 misst die Parameter freie Ladekapazität der Batterie, Temperatur der Batterie, Temperatur des Generators, Temperatur des Wechselrichters und Leistungsreserve des Generators und berechnet hieraus jeweils einen separaten Wert für die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung. Der kleinste Wert dieser mehreren Werte der maximal verfügbaren elektrischen Bremsleistung ist die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung P_ev, welche an das Bremsleistungsverteilungsmodul 23 weitergeleitet wird.
Die Leistungsreserve des Generators wird mittels des Grenzlastintegrals berechnet, bei dem das Quadrat des Stromes multipliziert mit der Zeit über die Zeit integriert wird. Das Grenzlastintegral ergibt eine Aussage über die mögliche Überbelastung des Generators über den Nominalbetrieb. Hiermit kann abgeschätzt werden, wie lange der Generator über dem Nominalbetrieb weiter eingesetzt werden kann, ohne dass es zu Schaden kommt.
Das Bremsleistungsverteilungsmodul 23 verwendet die vom Regenerationsfähigkeitsmodul 25 zur Verfügung gestellte maximale verfügbare elektrische Bremsleistung P_ev als Schwellwert, wobei der Anteil der gesamten Bremsleistung P_t, der nicht größer als dieser Schwellwert ist, als elektrische Bremsleistung P_e der elektrischen Bremseinrichtung 3 zugeführt wird, wohingegen der Anteil der gesamten Bremsleistung P_t, der oberhalb dieses Schwellwerts liegt, der mechanischen Bremse 4 zugeführt wird. Ist die gesamte Bremsleistung P_t kleiner als der Schwellwert, dann wird nur mit der elektrischen Bremse 3 gebremst.
Zwischen dem Bremsleistungsverteilungsmodul 23 und der gesamten Bremseinrichtung 24 ist optional ein Fahrassistenzmodul 29 angeordnet, das mit Raddrehzahlsensoren (nicht dargestellt) verbunden ist, die die Raddrehzahl der einzelnen insbesondere aller Räder 6 messen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur die Hinterachse angetrieben. Die elektrische Bremseinrichtung 3 bremst die Hinterachse 7 insgesamt ab, d.h., dass die Bremsleistung auf die beiden Räder 6 der Hinterachse mittels eines Differentials aufgeteilt wird. Somit ist die elektrische Bremsleistung, welche auf ein einzelnes Rad ausgeübt wird, nicht exakt festgelegt. Die mechanische Bremseinrichtung 4 weist mehrere Bremsen auf, mit welchen die einzelnen Räder, auch die der nicht angetriebenen Achse, individuell abgebremst werden können.
Das Fahrassistenzmodul 29 ist derart ausgebildet, dass auf die vom Bremsleistungverteilungsmodul 23 ausgegebenen Bremsleistungen P_e, P_t, unabhängig eingewirkt werden kann. Somit kann die Bremswirkung der elektrischen Bremseinrichtung 3 und der mechanischen Bremseinrichtung 4 unabhängig voneinander eingestellt bzw. korrigiert werden.
Das Fahrassistenzmodul 29 ist dazu ausgebildet, um beim Anfahren den Antrieb der Räder 6 zu begrenzen, falls diese einen Schlupf gegenüber der Fahrbahn aufweisen. Dies wird als AntiSchlupfregelung bezeichnet. Weiterhin ist das Fahrassistenzmodul 29 dazu ausgebildet, beim Bremsen des Fahrzeuges ein Schleudern zu verhindern. Dies wird als ABS-System bzw. als Fahrstabilitätsprogramm bezeichnet.
Wird im Fahrbetrieb, bei dem das Fahrzeug 30 vom Antriebsaggregat 15 angetrieben wird, festgestellt, dass sich die Räder 6 der angetriebenen Achse 7 stärker unterschiedlich stark drehen, als dies durch die Fahrstrecke, insbesondere einer Kurve, welche das Fahrzeug 30 abfährt, verursacht ist, dann bremst das Fahrassistenzmodul 29 ausschließlich das sich zu schnell drehende Rad 6 mittels der mit diesem Rad 6 gekoppelten mechanischen Bremse.
Drehen sich beide angetriebenen Räder 6 schneller als die nicht angetriebenen Räder, dann vermindert das Fahrassistenzmodul 29 die Antriebsleistung des Antriebsaggregates 15, d. h. die elektrische Antriebsleistung wird reduziert.
Wird im Bremsbetrieb festgestellt, dass eines oder beide Räder der angetriebenen Achse 7 blockieren, dann wird zunächst die Bremsleistung der mechanischen Bremseinrichtung 4 verringert. Dies hat zwei Gründe. Zum einen können mit der mechanischen Bremseinrichtung 4 die einzelnen Räder 6 unabhängig voneinander gebremst werden, sodass auf ein individuelles Blockieren eines einzelnen Rades 6 reagiert werden kann. Zum anderen kann so maximal viel Energie rekuperiert werden. Blockiert eines oder beide Räder der angetriebenen Achse 7, obwohl die Bremsleistung für die mechanische Bremse 4 erheblich reduziert oder vollständig aufgehoben worden ist, dann wird auch die elektrische Bremsleistung reduziert. Diese Art der Steuerung der Bremsen mittels des Fahrassistenzsystems weicht von der üblichen Weise, wie sie von Personenkraftwagen, die eine rekuperierende Bremse aufweisen, bekannt ist, ab, da bei Personenkraftwagen zunächst die Bremsleistung der elektrischen Bremsen verringert wird, um mit den mechanischen Bremsen die einzelnen Räder individuell zu bremsen. Die hier relevanten Fahrzeuge, wie Lastwagen und Muldenkipper, sind wesentlich größer und schwerer als Personenkraftwagen und werden auch in der Regel mit geringeren Geschwindigkeiten bewegt. Bei Personenkraftwagen sind kurze Reaktionszeiten für das Bremssystem wichtig. Demgegenüber ist ein Lastwagen oder ein solcher Muldenkipper wesentlich träger. Aufgrund der hohen Momente lässt sich ein Rad auch nicht so schnell wie bei einem Personenkraftwagen abbremsen. Die Reaktionszeiten der Bremseinrichtungen 3, 4 sind im Vergleich zu der Trägheit der beweglichen Komponenten so gering, dass anders, als es von Personenkraftwagen bekannt ist, zunächst die elektrische Bremsleistung hoch gehalten werden kann. Nur beim Blockieren eines oder beider Räder 6 der angetriebenen Achse 7, wobei keine oder nur eine geringe unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegende Bremsleistung an der mechanischen Bremse 4 anliegt, kann es zweckmäßig sein, auch sofort die Bremsleistung an der elektrischen Bremse 3 zu reduzieren.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können an der Antriebsachse zwei Generatoren, welche auch als Elektromotoren verwendbar sind, vorgesehen sein, und jeweils mit einem der Räder 6 gekoppelt sein. Hierdurch können die Räder unabhängig voneinander gebremst und angetrieben werden. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist auch es möglich, mittels der elektrischen Bremseinrichtung 3 die beiden Räder 6 unabhängig voneinander anzusteuern, insbesondere wenn das Fahrassistenzsystem unterschiedliche Drehzahlen feststellt, die nicht durch die Fahrstrecke verursacht sind. Aber auch hier ist es zweckmäßig, während eines Bremsvorganges zunächst die mechanische Bremsleistung der einzelnen Räder zu reduzieren und erst dann die elektrische Bremsleistung, um die regenerative Energieerzeugung zu optimieren.
Mit dem Bremsen mit der elektrischen Bremseinrichtung 3 und gegebenenfalls mit der mechanischen Bremseinrichtung 4 wird die Ist-Geschwindigkeit v_ist eingestellt.
Durch die Berücksichtigung der Störgrößen, insbesondere der Neigung α der Fahrbahn gegenüber der Horizontalen wirkt die Regelung der Hangabtriebskraft entgegen, bevor das Fahrzeug beschleunigt wird. Dadurch können Bremsspitzen vermieden werden, welche nur mit der mechanischen Bremse abgefangen werden können. Hierdurch wird die mechanische Bremse 4 insgesamt weniger und die elektrische Bremse 3 insgesamt mehr eingesetzt, wodurch mehr elektrische Energie regenerativ gewonnen werden kann im Vergleich zu einer Regelung, welche nicht die Störgrößen berücksichtigt.
Weiterhin wird mit dem Regenerationsfähigkeitsmodul 25 und dem Bremsleistungsverteilungsmodul 23 die maximal mögliche regenerative Bremsleistung bestimmt und zum Bremsen des Fahrzeugs genutzt. Dies erlaubt eine weitere Optimierung der regenerativen elektrischen Bremsenergie.
Darüber hinaus ermöglicht diese Art der Regelung und die Bestimmung der maximal verfügbaren elektrischen Bremsleistung eine Verringerung der Dimensionierung der Batterie des Fahrzeuges und der Leistungselektronik und des Wechselrichters. Bei einem Muldenkipper mit einem Leergewicht von 58 t und einer maximalen Nutzlast von 65 t konnte die Batterie auf ein Gewicht von 5 t mit einer Leistung von 634 kW reduziert werden, gegenüber einer ansonsten üblichen Auslegung, welche um etwa 1 t bis 2 t schwerer gewesen wäre. Diese Gewichtseinsparung ist ein wesentlicher Vorteil, insbesondere wenn der Muldenkipper bergauf fährt.
Durch die Reduktion der Batterie kann auch erheblich Bauraum eingespart werden, was es wiederum einfacher macht, einen derartigen elektrischen Antrieb in einem Fahrzeug zu integrieren.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die maximale elektrische regenerative Dauerbremsleistung 634 kW und die maximale mechanische Dauerbremsleistung 785 kW. Vorzugsweise ist die maximale elektrische Dauerbremsleistung kleiner als die maximale mechanische Dauerbremsleistung, welche weniger technisch aufwendig ist und deshalb kostengünstiger zur Verfügung gestellt werden kann. Die elektrische Bremsleistung beträgt vorzugsweise weniger als 90 %, insbesondere weniger als 80 % bzw. weniger als 70 % der mechanischen Bremsleistung. Sie kann auch im Einzelfall sogar weniger als 50 % der mechanischen Dauerbremsleistung betragen.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die vorgegebene maximale Geschwindigkeit vom Nutzer des Kraftfahrzeuges manuell eingegeben und kann in Schritten von 1/2 km/h eingestellt werden. Dies entspricht der Bedienung eines herkömmlichen Bremstempomats eines Lastkraftwagens. Die vorgegebene Geschwindigkeit wird in einem Speicher vorgehalten und stellt somit eine statische Führungsgröße der Regelschleife dar, die zwar veränderbar ist, jedoch in der Regel längere Zeit konstant gehalten wird.
Im Rahmen der Erfindung kann die vorgegebene Geschwindigkeit auch durch das Bremspedal vorgegeben werden, das dann als elektrisches Bremspedal ausgebildet ist. Die Stellung des Bremspedals selbst kann direkt in einem bestimmten Geschwindigkeitswert umgesetzt werden. Die Stellung des Bremspedals kann jedoch auch einen bestimmten Geschwindigkeitswert bedeuten, um den die aktuelle Geschwindigkeit zu verzögern ist.
Es ist auch möglich, dass die vorgegebene Geschwindigkeit durch ein vorgespeichertes Fahrbahnprofil automatisch vorgegeben wird, wobei den einzelnen Fahrbahnabschnitten unterschiedliche Geschwindigkeiten zugeordnet sein können. Das Fahrbahnprofil kann neben den vorgegebenen Geschwindigkeitswerten auch die Neigung und/oder die Kurvenradien der Fahrbahn enthalten.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wird als mechanische Bremseinrichtung 4 eine Nasslamellenbremse verwendet. Nasslamellenbremsen haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei bremsen. Sie erzeugen jedoch sogenannte Schleppverluste, d.h., dass die Nasslamellenbremse immer einen gewissen Mindestbremswiderstand erzeugt, gegen den auch im Antriebsmodus gearbeitet werden muss.
Bei der Abwandlung der Erfindung ist anstelle einer Nasslamellenbremse eine trockene Bremse vorgesehen, welche jedoch nur als Notbremse fungiert, da trockene Bremsen bzw. Reibungsbremsen, wie zum Beispiel Scheibenbremsen, einem Verschleiß unterliegen, der bei derart schweren Fahrzeugen erheblich ist.
Bei einer solchen Ausführungsform ist die elektrische Bremseinrichtung 3 so auszulegen, dass sie in jeder Fahrsituation das Fahrzeug vollständig abbremsen kann. Hierzu ist es zweckmäßig, parallel zur Batterie auch einen Bremswiderstand vorzusehen, sodass die elektrische Bremseinrichtung 3 auch bei geringer freier Ladekapazität der Batterie oder bei hoher Temperatur der Batterie die nötige elektrische Bremsleistung bereitstellen kann. Die limitierenden Elemente für die Bremsleistung sind in der Regel der Generator und der Wechselrichter, welche entsprechend groß dimensioniert werden müssen, um die gewünschte Bremsleistung bereitstellen zu können.
Der elektrische Bremswiderstand übernimmt bei dieser Ausführungsform die Funktion der mechanischen Bremseinrichtung 4 des oben erläuterten Ausführungsbeispiels und bremst das Fahrzeug, wenn nicht ausreichend rekuperative Bremsleistung zur Verfügung steht.
Eine solche Ausführungsform hat jedoch den Vorteil, dass die trockene Bremse keine Schleppverluste erzeugt und das Fahrzeug im angetriebenen Betrieb mit wesentlich weniger Widerstand bewegt werden kann.
Eine solche Ausführungsform kann vorzugsweise in Kombination mit zumindest zwei oder mehr Generatoren ausgebildet sein, wobei jeweils einer der Generatoren mit lediglich einem einzigen Rad drehfest gekoppelt ist. Hierdurch kann die elektrische Bremsleistung auf mehrere Generatoren verteilt werden, wodurch nicht jeder einzelne Generator die vollständige elektrische Bremsleistung bereitstellen muss. Die einzelnen Generatoren können auch jeweils mit einem separaten Wechselrichter gekoppelt sein. Hierdurch besteht eine gewisse Redundanz, falls ein Generator und/oder ein Wechselrichter ausfallen sollte.
Der mit der erfindungsgemäßen Regelschleife erzielte Vorteil ist, dass Spitzen in der gesamten Bremsleistung P_t vermieden werden, hat auch den Vorteil, dass das Fahrassistenzsystem weniger oft eingreifen muss und insgesamt das Fahrzeug gleichmäßiger und stabiler gebremst wird. Hierdurch wird die Sicherheit im Fahrverhalten erheblich gesteigert.
Bezugszeichenliste

1: Kontrolleinheit
3: Erstes Bremsmittel
4: Zweites Bremsmittel
5: Batterie
6: Rad
7: Achs-Träger
8: Umrichter
9: Lastschaltgetriebe
10: mechanisches Getriebe
11: kinetische Energie
12: mechanische Energie
13: Elektrische Energie
14: Wärme
15: Aggregat
16: Welle
20: geschlossene Regelschleife
21: PI-Regler
22: Subtrahierer
23: Bremsleistungsverteilungsmodul
24: gesamte Bremseinrichtung
25: Regenerationsfähigkeitsmodul
26: Rückkopplung
27: Sekundärregelschleife
28: Störgrößenmodul
29: Fahrassistenzmodul
30: Fahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20040225435 A1 [0007]
US 9744872 B1 [0008]
EP 3659851 A1 [0009]
US 2017129493 A1 [0010]
US 2016362006 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Fahrzeugs (30), das ein erstes Bremsmittel (3), das als Generator zum elektrischen Bremsen ausgebildet und mit einer Batterie zum Laden derselben verbunden ist, um rekuperierend zu bremsen, und ein zweites Bremsmittel (4) aufweist, das als nicht rekuperative Bremse, insbesondere mechanische Bremse zum mechanischen Bremsen ausgebildet ist, bei einer Bergab-Fahrt auf einer geneigten Fahrbahn derart zu steuern, dass eine vorbestimmte Geschwindigkeit nicht überschritten wird, wobei die Geschwindigkeit mit einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird und als Führungsgröße der Regelschleife die vorbestimmte Geschwindigkeit und als Stellgröße die gesamte Bremsleistung verwendet wird und die Neigung der Fahrbahn als Störgröße bestimmt wird und durch einen Störgrößenaufschlag in der geschlossenen Regelschleife berücksichtigt wird, wobei die gesamte Bremsleistung so zwischen der elektrischen Bremse und der nicht rekuperativen Bremse verteilt wird, dass eine maximal mögliche elektrische Leistung in der Batterie gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Fahrzeugmasse bestimmt und bei der Bestimmung des Störgrößenaufschlags mit berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal der Batterie zuführbare Leistung durch eine freie Ladekapazität der Batterie bestimmt ist und umso geringer ist je kleiner die freie Ladekapazität der Batterie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf zur Erhöhung der elektrischen Bremsleistung ein elektrischer Bremswiderstand parallel zur Batterie geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bremsen ausschließlich rekuperierend ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal verfügbare rekuperierende Bremsleistung kleiner als die mechanisch verfügbare Bremsleistung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Geschwindigkeit mittels einer Eingabeeinrichtung als statischer Wert eingegeben wird oder dynamisch aus einer Bremspedalstellung ermittelt wird. /Führungsgröße/
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschlossene Regelschleife mit einem PI- oder einem PID-Regler verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Störgrößenaufschlag auf die Führungsgröße wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilen der gesamten Bremsleistung zwischen der elektrischen Bremse und der mechanischen Bremse derart verteilt wird, dass die gesamte Bremsleistung, soweit sie nicht größer als eine vorgegebene maximal verfügbare elektrische Bremsleistung ist, der elektrischen Bremseinrichtung zugeführt und der Anteil der gesamten Bremsleistung, der über der maximal verfügbaren elektrischen Bremsleistung liegt, der mechanischen Bremse zugeführt wird, wobei die maximal verfügbare elektrische Bremsleistung nach einem oder mehreren physikalischen Parametern bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Parameter zum Bestimmen der maximal verfügbaren elektrischen Bremsleistung zumindest zwei der Parameter - freie Ladekapazität der Batterie, - Temperatur der Batterie, -Temperatur des Generators, -Temperatur eines Wechselrichters, - Leistungsreserve des Generators umfasst, wobei anhand eines jeden der physikalischen Parameter ein Wert der maximal verfügbaren Bremsleistung berechnet wird und der kleinste dieser berechneten Werte als maximal verfügbare Bremsleistung bei der Verteilung der gesamten Bremsleistung zwischen der elektrischen Bremse und der mechanischen Bremse berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine voraussichtliche Fahrsituation als Störgröße in der geschlossenen Regelschleife berücksichtigt wird.
Steuereinheit für ein Fahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder Muldenkipper, das ein erstes Bremsmittel (3), das als Generator zum elektrischen Bremsen ausgebildet und mit einer Batterie zum Laden derselben verbunden ist, um rekuperierend zu bremsen, und ein zweites Bremsmittel (4) aufweist, das als nicht-rekuperierende Bremse, insbesondere mechanische Bremse zum mechanischen Bremsen ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Fahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen oder Muldenkipper, mit einem ersten Bremsmittel (3), das als Generator zum elektrischen Bremsen ausgebildet und mit einer Batterie zum Laden derselben verbunden ist, um rekuperierend zu bremsen, und mit einem zweiten Bremsmittel (4), das als nicht-rekuperierende Bremse, insbesondere als mechanische Bremse zum mechanischen Bremsen ausgebildet ist, wobei das Fahrzeug eine Steuereinheit nach Anspruche 13 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - dass die nicht-rekuperierende Bremse eine verschleißfreie mechanische Bremse ist, oder - dass die nicht-rekuperierende Bremse eine elektrische Bremse mit einem elektrischen Bremswiderstand ist und zusätzlich eine trockene Bremse aufweist.