DE102021205074A1 - Service braking system with heat-coupled drive of electrically powered vehicles - Google Patents

Service braking system with heat-coupled drive of electrically powered vehicles Download PDF

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Matthias Müller-Linkowitsch
Daniel Martin
Christian SIBLA
Wolfgang Barth
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsbremssystem in elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebsachse 1, wobei das Betriebsbremssystem 5 je Rad 3 eine unabhängig steuerbare Bremseinrichtung 51 aufweist. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Betriebsbremssystems in Elektrofahrzeugen zu finden, die durch Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem 5 und Antriebseinheit 21 Betriebskomponenten systemübergreifend zusammenführt, wird erfindungsgemäß gelöst, indem mindestens die Bremseinrichtungen 51 als eine fluidgekühlt ausgebildete Nassbremse mit dem Wärmehaushalt einer Antriebseinheit 21 gekoppelt sind, wobei eine zentrale Steuereinheit 6 zur Steuerung des Brems-und Antriebssystems 2 mit Mitteln zur Verknüpfung von Rekuperationsbremsung des Antriebs 21, Bremssteuerung der Bremseinrichtungen 51, Wärmekopplung der Bremseinrichtungen 51 mit dem Wärmetauschersystem 4 sowie einer Antriebssteuerung der Antriebseinheit 21 vorhanden ist, wobei Steuerung zur Verlagerung des thermischen Betriebspunktes der Antriebseinheit 21 auf Basis einer gesteigerten Wärmeerzeugung durch verknüpfte Ansteuerung der Bremseinrichtungen 51 bei gleichzeitiger Leistungssteigerung der Antriebseinheit 21 durch Beibehaltung der Fahrgeschwindigkeit aufweist.The invention relates to a service brake system in an electrically driven vehicle with at least one electric drive axle 1, the service brake system 5 having an independently controllable braking device 51 for each wheel 3. The task of finding a new way to improve the sustainability of the service brake system in electric vehicles, which brings together operating components across systems through synergy effects between service brake system 5 and drive unit 21, is achieved according to the invention by at least braking devices 51 being a fluid-cooled wet brake with the heat balance of a drive unit 21 are coupled, with a central control unit 6 for controlling the braking and drive system 2 having means for linking regenerative braking of the drive 21, braking control of the braking devices 51, thermal coupling of the braking devices 51 to the heat exchanger system 4 and a drive control of the drive unit 21, with control for shifting the thermal operating point of the drive unit 21 on the basis of increased heat generation through linked activation of the braking devices 51 with a simultaneous increase in performance of the drive unit 21 by maintaining the driving speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsbremssystem in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen (PKW, LKW, Busse, ...) mit mindestens einer elektrischen Antriebsachse, wobei das Betriebsbremssystem je Rad eine unabhängig steuerbare Bremseinrichtung aufweist.The invention relates to a service brake system in electrically driven vehicles, such as motor vehicles (cars, trucks, buses, ...) with at least one electric drive axle, the service brake system having an independently controllable braking device for each wheel.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt insbesondere in der Automobilindustrie der Elektro- oder Hybridfahrzeuge, insbesondere für die Effizienzsteigerung von Hauptbetriebskomponenten der Elektromobilität.The field of application of the invention lies in particular in the automotive industry of electric or hybrid vehicles, in particular for increasing the efficiency of main operating components of electromobility.

Aktuell ist der Stand der Technik des Betriebsbremssystems bei Personenkraftwagen (Pkw) unabhängig vom Antriebskonzept (Elektro-, Hybrid- oder Verbrennungsantrieb) eine radnahe, luftgekühlte Scheibenbremse für jedes Rad. Dies ist auch für Elektrofahrzeuge die immer noch vorherrschende Art der Betriebsbremse, welche autark vom Antriebskonzept funktioniert. Nachteile dieses Betriebsbremssystems sind Luftkühlung, Feinstaubbelastung, Wartungsaufwand, Einfluss auf Fahrzeuggeometrie, Schleppverluste etc.Currently, the state of the art of the service brake system in passenger cars (cars), regardless of the drive concept (electric, hybrid or combustion drive), is an air-cooled disc brake close to the wheel for each wheel. This is also the predominant type of service brake for electric vehicles, which is self-sufficient Drive concept works. Disadvantages of this service brake system are air cooling, fine dust pollution, maintenance costs, influence on vehicle geometry, drag losses, etc.

Für Elektro-oder Hybridfahrzeuge ist die Luftkühlung der Scheibenbremse mit den dadurch begünstigten Nebeneffekten von reibungsbedingtem Verschleiß nebst Feinstaubemission, reibungs- und witterungsbedingt hohem Wartungsbedarf sowie Beschränkungen des Fahrzeugdesigns aufgrund von notwendigen Lüftungskanälen ein sehr vorrangiges Problem für die beabsichtigte Umweltfreundlichkeit des Autos (Pkw).For electric or hybrid vehicles, the air cooling of the disc brake with the resulting side effects of friction-related wear and fine dust emissions, friction and weather-related high maintenance requirements and restrictions on the vehicle design due to the necessary ventilation ducts is a very important problem for the intended environmental friendliness of the car (passenger vehicle).

Des Weiteren sind bei einer Scheibenbremse die Schleppverluste, die den Wirkungsverzug vom geöffneten bis zum geschlossenen Bremsklotz- oder Lamellenzustand beschreiben, wegen primärer Einflussgrößen, wie Medium im Lüftspalt (Lüftspiel), Belagbreite, Anzahl und Durchmesser der Reibflächen, und sekundärer Einflüsse, wie Belagoberfläche und Reibbelagnutzung, dringend verbesserungsbedürftig. Dem Lüftspiel (Abstand zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe bei Scheibenbremsanlagen) kommt allein deshalb besondere Bedeutung zu, weil ein Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe für den (ungebremsten) Umlauf der Bremsscheibe unverzichtbar ist, das Lüftspiel aber andererseits beim Betätigen der Bremsen zu einer Bremswegverlängerung führt, die bei einer hydraulischen Bremsanlage als Bremsansprechzeit (Zeit zur Überwindung des Lüftspiels) ca. 0,1 bis 0,2 Sekunden betragen kann.Furthermore, with a disc brake, the drag losses, which describe the delay in action from the open to the closed brake pad or disk state, are due to primary influencing variables such as the medium in the air gap (air clearance), lining width, number and diameter of the friction surfaces, and secondary influences such as the lining surface and Friction lining use, urgently in need of improvement. The clearance (distance between the brake pad and the brake disc in disc brake systems) is of particular importance because a clearance between the brake pad and the brake disc is essential for the (unbraked) rotation of the brake disc, but on the other hand the clearance leads to an increase in the braking distance when the brakes are actuated in the case of a hydraulic brake system, the brake response time (time to overcome the clearance) can be approx. 0.1 to 0.2 seconds.

Außerdem sollen Elektro- oder Hybridfahrzeuge vor allem in der Leistungsfähigkeit gesteigert werden, indem Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und Antriebssystem unter Ausnutzung der Energierückgewinnung (Rekuperationsbremsung) besser verknüpft werden, um den Energiespeicher (Akku) nachzuladen oder aber überschüssige Wärmeenergie aus Antriebs- und Bremssystem umzuwandeln oder für Heizzwecke zu nutzen.In addition, the performance of electric or hybrid vehicles should be increased in particular by better linking synergy effects between the service brake system and the drive system using energy recovery (recuperation braking) in order to recharge the energy storage device (battery) or to convert excess thermal energy from the drive and brake system or for use for heating purposes.

Obwohl es heutzutage Stand der Technik ist, dass eine Betriebsbremse im Pkw vor allem wegen der Zusatzfunktionen, wie ESP (elektronisches Stabilitäts-Programm), ASR (Antischlupfregelung), ABS (Antiblockiersystem) etc., nicht mehr mittels mechanischer Verbindung, sondern mittels elektronisch gesteuerter Pumpen vom Bremspedal gesteuert wird, ist das Betriebsbremssystem auch für reine E-Autos immer noch strikt getrennt vom elektrischen Antriebssystem und mit den peripheren Bremseinrichtungen (luftgekühlte Scheibenbremsen) an den Rädern des Fahrzeugs über hydraulische Bremskreise verbunden.Although it is state-of-the-art today that a service brake in a car no longer has a mechanical connection, mainly because of the additional functions such as ESP (electronic stability program), ASR (anti-slip regulation), ABS (anti-lock braking system) etc., but rather electronically controlled ones Pumping is controlled by the brake pedal, the service brake system is still strictly separated from the electric drive system, even for pure electric cars, and is connected to the peripheral braking devices (air-cooled disc brakes) on the vehicle wheels via hydraulic brake circuits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Betriebsbremssystems vorallem in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zu finden, die insbesondere durch Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und elektrischer Antriebseinheit Betriebskomponenten systemübergreifend zusammenführt und die Lebensdauer beider Systeme steigert.The invention is based on the object of finding a new way of improving the sustainability of the service brake system, especially in electric or hybrid vehicles, which brings together operating components across the system, in particular through synergy effects between the service brake system and the electric drive unit, and increases the service life of both systems.

Die Aufgabe wird bei einem Betriebsbremssystem in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit mindestens einer elektrischen Antriebsachse, wobei das Betriebsbremssystem je Rad eine unabhängig steuerbare Bremseinrichtung aufweist, dadurch gelöst, dass mindestens die Bremseinrichtungen an der elektrischen Antriebsachse als eine fluidgekühlt ausgebildete Nassbremse mit dem Wärmehaushalt einer Antriebseinheit der elektrischen Antriebsachse gekoppelt sind, wobei eine zentrale Steuereinheit zur systemintegrativen Steuerung des Brems-und Antriebssystems mit Mitteln zur systemübergreifenden Verknüpfung von Rekuperationsbremsung des Antriebs, Bremssteuerung der Bremseinrichtungen, Wärmekopplung der fluidgekühlten Bremseinrichtungen mit dem Wärmetauschersystem der Antriebseinheit sowie einer Antriebssteuerung der Antriebseinheit vorhanden ist, wobei die zentrale Steuereinheit eine Steuerung zur Verlagerung des thermischen Betriebspunktes der Antriebseinheit auf Basis einer gesteigerten Wärmeerzeugung durch verknüpfte Ansteuerung der Bremseinrichtungen bei gleichzeitiger Leistungssteigerung der Antriebseinheit durch Beibehaltung der Fahrgeschwindigkeit aufweist.In the case of a service brake system in electrically driven vehicles with at least one electric drive axle, the service brake system having an independently controllable brake device for each wheel, the task is solved in that at least the brake devices on the electric drive axle are designed as a fluid-cooled wet brake with the heat balance of a drive unit of the electric are coupled to the drive axle, with a central control unit for system-integrated control of the brake and drive system with means for cross-system linking of recuperation braking of the drive, brake control of the brake devices, thermal coupling of the fluid-cooled brake devices with the heat exchanger system of the drive unit and a drive control of the drive unit, with the central Control unit a controller for shifting the thermal operating point of the drive unit on the basis of an increased heat generation g through linked control of the braking devices with simultaneous increase in performance of the drive unit by maintaining the driving speed.

Vorteilhaft ist die Bremseinrichtung in eine gemeinsame Wärmesenke mit der Antriebseinheit zur Nutzung desselben Wärmetauschersystems eingebunden. Dabei ist die fluidgekühlte Bremseinrichtung als eine Lamellennassbremse ausgebildet.The braking device is advantageously in a common heat sink with the drive unit for using the same heat exchanger system bound. The fluid-cooled braking device is designed as a multi-disk wet brake.

Besonders bevorzugt ist die zentrale Steuereinheit für ein intelligentes Thermomanagement von Antriebseinheit, Bremseinrichtungen des Betriebsbremssystems und Wärmetauschersystems sowie die Steuerung des Wärmehaushalts aller Heiz- oder Kühlsysteme des Pkw vorgesehen.The central control unit is particularly preferably provided for intelligent thermal management of the drive unit, brake devices of the service brake system and heat exchanger system and the control of the heat balance of all heating or cooling systems of the passenger car.

Zweckmäßig sind das Betriebsbremssystem mit den Bremseinrichtungen und die Antriebseinheit mittels einer zentralen Steuereinheit systemintegrativ so steuerbar, dass bei teilweiser Aktivierung der Bremseinrichtungen gleichzeitig die Antriebseinheit mit einer konstanten Drehzahl angesteuert ist.The service brake system with the braking devices and the drive unit can be controlled in a system-integrated manner by means of a central control unit so that when the braking devices are partially activated, the drive unit is controlled at a constant speed at the same time.

Die zentrale Steuereinheit kann dabei die teilweise Aktivierung der Bremseinrichtungen solange angepasst steuern, bis der thermische Betriebspunkt der Antriebseinheit durch die in Bremseinrichtungen und Antriebseinheit erzeugte Abwärme in einem gewünschten verschleißarmen Betriebsbereich liegt.The central control unit can adjust the partial activation of the braking devices until the thermal operating point of the drive unit is in a desired low-wear operating range due to the waste heat generated in the braking devices and drive unit.

Alternativ oder ergänzend kann die zentrale Steuereinheit die teilweise Aktivierung der Bremseinrichtungen weiter angepasst steuern, wenn der thermische Betriebspunkt der Antriebseinheit den verschleißarmen Betriebsbereich erreicht hat, und das Wärmetauschersystem zum Transport der in Bremseinrichtungen und Antriebseinheit erzeugten Abwärme für Heiz- und Temperierungszwecke des Pkw aktiviert ist.Alternatively or additionally, the central control unit can control the partial activation of the braking devices in a further adapted manner when the thermal operating point of the drive unit has reached the low-wear operating range and the heat exchanger system for transporting the waste heat generated in the braking devices and drive unit for heating and temperature control purposes in the car is activated.

Vorteilhaft weist die zentrale Steuereinheit zur Koordination und Steuerung der Aktivierung der Bremsprozesse der Bremseinrichtungen und der Leistungssteigerung Antriebseinheit und des Thermomanagements mittels des Wärmetauschersystems Zugriffe auf systemübergreifende Zustandsfaktoren oder Messdaten auf.Advantageously, the central control unit has access to cross-system state factors or measurement data for coordinating and controlling the activation of the braking processes of the braking devices and the increase in power of the drive unit and thermal management by means of the heat exchanger system.

Dabei kann die zentrale Steuereinheit zur Koordination und Steuerung Zugriffe auf wenigstens einen der Faktoren aus Batterieladezustand, Soll-/Ist-Temperaturen von Energiespeicher, Antriebseinheit oder Fahrzeuginnenraum, Umgebungstemperatur, Gesamtsituation des Betriebsbremssystems und der Bremseinrichtungen, Soll/Ist-Bremsleistung, Fahrgeschwindigkeit, bisheriges Fahrerverhalten und Streckeninformationen aufweisen.The central control unit can access at least one of the factors from the battery state of charge, target/actual temperatures of the energy storage device, drive unit or vehicle interior, ambient temperature, overall situation of the service brake system and the braking devices, target/actual braking power, driving speed, previous driver behavior for coordination and control purposes and have route information.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in modernen Kraftfahrzeugen beliebiger Antriebstechnik das Betriebsbremssystem aufgrund von integrierten Sicherheitsfunktionen, wie elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP), Antriebs-Schlupf-Regulierung (ASR), Antiblockiersystem (ABS) etc.) bereits grundlegende Voraussetzungen dafür erfüllt sind, das Betriebsbremssystem in das elektrische Antriebssystem weitergehend zu integrieren und dessen Nachhaltigkeit in Bezug auf das Energiemanagement, auch im Hinblick auf Rekuperation von Energie zu verbessern.The invention is based on the finding that in modern motor vehicles of any drive technology, the service brake system already fulfills the basic requirements for this due to integrated safety functions such as electronic stability program (ESP), traction control (ASR), anti-lock braking system (ABS), etc.). are to further integrate the service brake system into the electric drive system and to improve its sustainability in terms of energy management, also with regard to energy recuperation.

Der Kerngedanke der Erfindung liegt deshalb darin, bei einem Pkw mit einer so genannten E-Achse die Bremseinrichtungen mit dem Wärmehaushalt des Antriebssystems zu koppeln, wobei eine fluidkreisgekühlte Nassbremse (Lamellenbremse) ohne Feinstaubemission und mit deutlich reduziertem Verschleiß und Wartungsaufwand in den Wärmehaushalt der Antriebseinheit eingebunden wird. Diese Einbindung der Bremseinrichtungen der E-Achse in den Wärmehaushalt des elektrischen Antriebs kann entweder separiert durch gemeinsame Nutzung desselben Wärmetauschers des Antriebssystems oder integriert in das Gehäuse des elektrischen Antriebs erfolgen. In letzterem Fall werden die Bremseinrichtungen des Betriebsbremssystems an letzter Stelle in den Kühlkreis des E-Antriebs eingebracht, wodurch das Kühlsystem, das primär die Komponenten des elektrischen Antriebs kühlen muss, nicht durch die Bremswärme vorher belastet wird.The core idea of the invention is therefore to couple the braking devices with the heat balance of the drive system in a car with a so-called e-axle, with a fluid circuit-cooled wet brake (multi-disk brake) without fine dust emissions and with significantly reduced wear and tear and maintenance costs being integrated into the heat balance of the drive unit becomes. This integration of the braking devices of the e-axle in the heat balance of the electric drive can either be done separately by sharing the same heat exchanger of the drive system or integrated into the housing of the electric drive. In the latter case, the braking devices of the service braking system are placed last in the cooling circuit of the electric drive, which means that the cooling system, which primarily has to cool the components of the electric drive, is not previously burdened by the braking heat.

Durch die funktionale Ankopplung der Bremseinrichtungen an die Antriebseinheit ergeben sich folgende Vorteile mindestens für die E-Achse des Pkw-.

  • - Ausführung als nasse, verschleißarme, wartungsfreie Bremse („Life-Time-Bremse“) -unter Vermeidung der Feinstaubemission durch geschlossenes Nassbremsengehäuse und mögliche Integration ins Antriebsgehäuse,
  • - Verbesserung der Auslegung und Dimensionierung der Betriebsbremse durch einen Reibbelag als Kreisring, wodurch einfacher (bedarfsgerecht je nach Fahrzeuggewicht und Antriebsaggregat etc., z.B. als Baukasten) und vielfältiger skaliert werden kann,
  • - wirkungsgradoptimierte Auslegung der nassen Bremse, infolge rotationssymmetrischer Reibbeläge (koaxiale Bremse), Separierungsfedern etc.
  • - aktive Kühlung der Betriebsbremseinrichtungen über Integration in Wärmehaushalt,
  • - Integration von Steuerung/Regelung des Betriebsbremssystems in bestehende Steuergeräte vom Antriebssystem möglich (Systemintegration, z.B. zentrales elektronisches Steuergerät), wodurch bessere Regelbarkeit der nassen Bremse (kurze Regelstrecken, zentrales gemeinsames Steuergerät) und unmittelbare Kombination mit Rekuperationsmoment des Antriebssystems möglich sind,
  • - Nutzung von Abwärme der für andere Funktionen (z.B. Innenraumheizung, Batterietemperierung etc.),
  • - Intelligentes Thermomanagement von Antriebs-, Betriebsbremssystem- und Wärmetauscher möglich,
The functional coupling of the braking devices to the drive unit results in the following advantages, at least for the electric axle of the car.
  • - Design as a wet, low-wear, maintenance-free brake ("life-time brake") - avoiding fine dust emissions through the closed wet brake housing and possible integration into the drive housing,
  • - Improvement of the design and dimensioning of the service brake by means of a friction lining as a circular ring, which makes scaling easier (depending on requirements depending on vehicle weight and drive unit, etc., e.g. as a modular system) and more diverse,
  • - Efficiency-optimized design of the wet brake, due to rotationally symmetrical friction linings (coaxial brake), separating springs, etc.
  • - active cooling of the service brake devices via integration in the heat balance,
  • - Integration of control/regulation of the service brake system into existing control units of the drive system possible (system integration, e.g. central electronic control unit), whereby better controllability of the wet brake (short control paths, central common control unit) and direct combination with the recuperation torque of the drive system are possible,
  • - Use of waste heat for other functions (e.g. interior heating, battery temperature control, etc.),
  • - Intelligent thermal management of drive, service brake system and heat exchanger possible,

Die drei letztgenannten Vorzüge bieten weitergehende Systemsynergien insbesondere für die Ausnutzung eines gemeinsamen Wärmehaushalts und dessen intelligentes Thermomanagement.The last three advantages offer further system synergies, in particular for the use of a common heat balance and its intelligent thermal management.

Neben der direkten Ausnutzung eines gemeinsamen Wärmetauschersystems ist vor allem die zusammenwirkende Steuerung oder Regelung des Wärmehaushalts von fundamentaler Bedeutung, wobei dabei wesentlich weiterreichende Maßnahmen realisierbar sind als die bloße Nachnutzung der Abwärme von Antriebseinheit und Bremseinrichtungen für Temperierungszwecke von Batterie- (Akku-) Packs und Innenraum des Pkw.In addition to the direct use of a common heat exchanger system, the cooperative control or regulation of the heat balance is of fundamental importance, whereby far more far-reaching measures can be implemented than the mere subsequent use of the waste heat from the drive unit and braking devices for temperature control purposes of battery (accumulator) packs and interior of the car

Ein besonderer Effekt des erweiterten Thermomanagements betrifft die Steuerung des Wärmehaushalts der Antriebseinheit der gesamten E-Achse sowie der Nassbremse. Im Normalbetrieb (vorwiegend Kurzstrecken- und Stadtverkehr) tritt ein erster Synergieeffekt bereits dadurch ein, dass eine direkte Wärmekopplung von Antriebs- und Betriebsbremssystem jeweils die Wärmespitzenwerte glättet, da Brems- und Antriebsabwärme ziemlich genau alternierend anfallen. Ein in den Kühlkreis eingebundenes Wärmetauschersystem sorgt dann für die bedarfsgerechte Abwärmenutzung oder Ableitung zum Fahrzeugkühler. Dadurch wird der optimale (wohltemperierte, verschleißarme) Arbeitsbereich des Antriebs- und Betriebsbremssystems eingestellt, wenn darüber ein integriertes Thermomanagement wacht.A special effect of the extended thermal management relates to the control of the heat balance of the drive unit of the entire electric axle and the wet brake. In normal operation (mainly short-distance and city traffic), a first synergy effect already occurs in that a direct thermal coupling of the drive and service brake system smooths out the heat peak values, since brake and drive waste heat occur almost exactly alternately. A heat exchanger system integrated into the cooling circuit then ensures that the waste heat is used as required or conducted to the vehicle radiator. As a result, the optimal (well-tempered, low-wear) working range of the drive and service brake system is set if an integrated thermal management monitors it.

Es gibt aber Betriebszustände des Antriebssystems (zuzüglich des Batteriesystems), insbesondere beim Fahrzeugstart im Winter oder bei Langstreckenfahrten ohne wesentliche Geländeerhebungen, in denen der verschleißarm temperierte Arbeitsbereich der E-Achse nicht erreicht wird. Für solche Fälle ergibt sich ein weiterer Synergieeffekt dadurch, dass ein über eine zentrale Steuereinheit koordiniertes integriertes Thermomanagement eine Regelungsmöglichkeit vorsieht, bei der infolge der räumlichen Integration von Antriebseinheit und Bremseinrichtungen der Betriebsbremse ein für die Antriebseinheit zuständiges Steuerungsmodul, das im elektrischen Antriebskonzept über den Wechsel zwischen motorischem und generatorischem Betrieb (Rekuperation) der Antriebseinheit entscheiden muss, für eine neuartige Funktion direkt ins Thermomanagement integriert wird.However, there are operating states of the drive system (plus the battery system), especially when starting the vehicle in winter or on long-distance journeys without significant terrain elevations, in which the low-wear, temperature-controlled working range of the e-axle is not reached. For such cases, a further synergy effect results from the fact that an integrated thermal management coordinated via a central control unit provides a control option in which, as a result of the spatial integration of the drive unit and braking devices of the service brake, a control module responsible for the drive unit, which in the electric drive concept via the change between motor and generator operation (recuperation) of the drive unit, is integrated directly into the thermal management for a new function.

Die neuartige Funktion wird in der Weise eingestellt, dass bei geringer Belastung der Antriebseinheit und/oder bei niedriger Außentemperatur zur Anhebung des zu niedrigen Betriebspunktes des Antriebssystems mittels eines definierten Zuschaltens des Betriebsbremssystems bei konstant gehaltener Fahrgeschwindigkeit des Pkw die Last an der Antriebseinheit erhöht wird, um in beiden Systemen, Antriebs- und Betriebsbremssystem zusätzlich Wärme zu erzeugen, die das Antriebssystem auf die gewünschte Betriebstemperatur im verschleißarmen Arbeitsbereich aufwärmt. Die so definierte Betriebsart des wärmegekoppelten Antriebs- und Betriebsbremssystems führt zu einer schnelleren Betriebspunktverlagerung, insbesondere beim Kaltstart im Winter.The new function is set in such a way that when the load on the drive unit is low and/or when the outside temperature is low, the load on the drive unit is increased by means of a defined activation of the service brake system while the driving speed of the car is kept constant in order to raise the operating point of the drive system that is too low to generate additional heat in both systems, drive and service brake system, which warms up the drive system to the desired operating temperature in the low-wear working area. The operating mode of the heat-coupled drive and service brake system defined in this way leads to a faster shift in the operating point, especially during cold starts in winter.

Durch die Erfindung wird eine neue Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Betriebsbremssystems in Elektro- oder Hybridfahrzeugen realisiert, die insbesondere durch Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und elektrischer Antriebseinheit systemübergreifend Betriebskomponenten zusammenführt und durch koordinierte zentrale Steuerung die Lebensdauer beider Systeme steigert.The invention provides a new way of improving the sustainability of the service brake system in electric or hybrid vehicles, which brings together operating components across systems, in particular through synergy effects between the service brake system and the electric drive unit, and increases the service life of both systems through coordinated central control.

Die Erfindung betrifft nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt auch ein Fahrzeug mit einem Betriebsbremssystem wie hier beschrieben. Das Fahrzeug kann ein elektrisch getriebener Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus oder ähnliches sein.According to a further advantageous aspect, the invention also relates to a vehicle with a service brake system as described here. The vehicle may be an electrically powered passenger car, truck, bus or the like.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel in den Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in the figures.

Dabei zeigt:

  • 1: eine schematische Darstellung einer Antriebsachse eines elektrisch getriebenen Kraftfahrzeugs (zum Beispiel PKW), bei der das Betriebsbremssystem mit dem Wärmehaushalt der Antriebseinheit gekoppelt und mit einer zentralen Steuereinheit systemübergreifend verbunden ist.
It shows:
  • 1 : a schematic representation of a drive axle of an electrically driven motor vehicle (for example passenger car), in which the service brake system is coupled to the heat balance of the drive unit and is connected to a central control unit across the system.

1 zeigt einen schematischen Aufbau der Antriebsachse 1 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs (kurz: E-Achse 1) mit einer elektrischen Antriebseinheit 21, die entweder getrennte E-Motoren (nicht gezeichnet) oder einen gemeinsamen Antrieb für beide Räder 3 der Antriebsachse 1 über die Seitenantriebswellen 22 zur Verfügung stellt, ein Wärmetauschersystem 4 für die Antriebseinheit 21 (gegebenenfalls inklusive Getriebe) sowie einem Betriebsbremssystem 5, das jedem Rad 3 separat zugeordnete Bremseinrichtungen 51 aufweist, die mit dem Wärmetauschersystem 4 gekoppelt sind. Dazu sind die Bremseinrichtungen 51 als fluidkreisgekühlte Nassbremsen, vorzugsweise als nasse Lamellenbremsen, ausgebildet, um am Kühlmanagement der Antriebseinheit 21 zu partizipieren und an der E-Achse 1 des Pkw ein Antriebs- und Bremssystem 2 mit gemeinsamem Wärmehaushalt zu bilden. 1 shows a schematic structure of the drive axle 1 of an electric or hybrid vehicle (in short: E-axle 1) with an electric drive unit 21, which either has separate electric motors (not shown) or a common drive for both wheels 3 of the drive axle 1 via the side drive shafts 22 provides a heat exchanger system 4 for the drive unit 21 (possibly including the transmission) and a service brake system 5, which has brake devices 51 separately assigned to each wheel 3, which are coupled to the heat exchanger system 4. For this purpose, the braking devices 51 are designed as a fluid circuit cooled wet brakes, preferably designed as wet multi-disc brakes, in order to participate in the cooling management of the drive unit 21 and to form a drive and brake system 2 with a common heat balance on the E-axis 1 of the car.

Diese Kombination des Betriebsbremssystems 5 mit der Antriebseinheit 21 der E-Achse 1 bietet in einem integrierten System aus Antriebsaggregat und Nassbremse die Möglichkeit, die derzeit durch Bremsabrieb hohe Feinstaubbelastung der kommerziell etablierten Trockenscheibenbremsen zu vermeiden und zudem die Wärmeentwicklung der Bremseinrichtungen 51 des Betriebsbremssystems 5 über ein Thermomanagement der E-Achse 1 und des Wärmetauschersystems 4 in der Fahrzeugarchitektur (z.B. für Innenraumheizung) zu nutzen. Dadurch ergeben sich Vorteile für die Radgeometrie und Aerodynamik (Strömungsoptimierung bspw. von Felge und Karosserie) durch Wegfall der Luftkühlung der Trockenscheibenbremsen und somit der peripheren Positionierung der Einzelradbremsen.This combination of the service brake system 5 with the drive unit 21 of the e-axle 1 in an integrated system of drive unit and wet brake offers the possibility of avoiding the current high levels of fine dust pollution of the commercially established dry disc brakes due to brake wear and also the heat development of the brake devices 51 of the service brake system 5 via a To use thermal management of the e-axis 1 and the heat exchanger system 4 in the vehicle architecture (e.g. for interior heating). This results in advantages for the wheel geometry and aerodynamics (flow optimization, e.g. of rim and body) by eliminating the air cooling of the dry disc brakes and thus the peripheral positioning of the individual wheel brakes.

Dafür sind als konkrete Ausführung der Bremseinrichtungen 51 Lamellennassbremsen (nicht gezeichnet) eingesetzt, die sich dadurch auszeichnen, dass es sich um Vollscheibenbremsen handelt, bei denen die gesamte Fläche der Bremsscheibe als Reibfläche zum Verzögern benutzt wird und die Bremsscheibe(n) komplett in einem Ölbad laufen. Dabei werden im Ölbad mehrere Innen- und Außenlamellen axial gegeneinandergepresst, wodurch die erforderliche Bremsreibung entsteht. Diese Ausführungsform bietet des Weiteren bessere Möglichkeiten bei der Skalierung der Bremsen und die Anwendung eines Baukastensystems je nach Fahrzeuggewicht und Antriebsaggregat etc. durch Auslegung mit variablem kreisrundem Reibbelag, welcher separat in Anzahl und Durchmesser skaliert werden kann.For this purpose, 51 wet disc brakes (not shown) are used as a specific design of the braking devices, which are characterized by the fact that they are full disc brakes in which the entire surface of the brake disc is used as a friction surface for deceleration and the brake disc(s) are completely immersed in an oil bath to run. Several inner and outer discs are pressed against each other axially in the oil bath, which creates the necessary braking friction. This embodiment also offers better options for scaling the brakes and the use of a modular system depending on vehicle weight and drive unit etc. by designing with a variable circular friction lining, which can be scaled separately in number and diameter.

Bei der Ausführung der Bremseinrichtungen 51 als Lamellennassbremsen kommen insbesondere solche Vorteile, wie die Reduktion von Bremseinflüssen auf das Fahrverhalten aufgrund der koaxiale Bremse (rotationssymmetrische Reibbeläge) zum Tragen. Außerdem kann diese Art der nassen Bremse besonders wirkungsgradoptimiert durch die Anordnung und Dimensionierung der Separierungsfedern, der Art, Anzahl und Durchmesser der Reibbeläge eingestellt werden. Diese Ausführung als nasse verschleißarme, wartungsfreie Bremse (Life-Time-Bremse) eliminiert außerdem Umwelteinflüsse, z. B. Wasser, Schmutz, Salz etc., auf das Bremsverhalten und vermeidet folglich auch Standschäden, wie sie häufig an trockenen Scheibenbremsen zu verzeichnen sind.When the braking devices 51 are designed as multi-disk wet brakes, advantages such as the reduction of braking influences on the driving behavior due to the coaxial brake (rotationally symmetrical friction linings) come into play. In addition, this type of wet brake can be adjusted to be particularly efficient by the arrangement and dimensioning of the separating springs, the type, number and diameter of the friction linings. This design as a wet, low-wear, maintenance-free brake (life-time brake) also eliminates environmental influences, e.g. B. water, dirt, salt, etc., on the braking behavior and consequently also avoids stationary damage, as is often the case with dry disc brakes.

Des Weiteren ist bei der Ausführung als Nassbremse besonders vorteilhaft, dass die Abführung von Reibungswärme durch einen Volumenstrom einer Kühlflüssigkeit erfolgt. Die Abwärme kann somit auch besonders günstig über das Wärmetauschersystem 4 zu weiter entfernten Positionen im Pkw transportiert werden, wo sie beispielsweise zum Heizen des Innenraums, Temperieren des Batteriepacks usw. genutzt oder an die Umgebung abgegeben werden kann.Furthermore, in the embodiment as a wet brake, it is particularly advantageous that the dissipation of frictional heat takes place through a volume flow of a cooling liquid. The waste heat can thus also be transported particularly favorably via the heat exchanger system 4 to more distant positions in the car, where it can be used, for example, to heat the interior, temperature control the battery pack, etc., or released into the environment.

Wie in 1 dargestellt, kann es beim Abführen der in Wärme umgewandelten Bremsenergie vorteilhaft sein, dasselbe Kühlmedium zu nutzen, wie es für die Antriebseinheit 21 verwendet wird.As in 1 shown, it can be advantageous when dissipating the braking energy converted into heat to use the same cooling medium as is used for the drive unit 21 .

Bei dem in 1 dargestellten Prinzip der Erfindung ist die Ausführung der E-Achse 1 koaxial von der Antriebseinheit 21 über die Bremseinrichtungen zu beiden Seiten über die beiden Seitenwellen 22 bis zu den Rädern 3. Hier kann die Antriebseinheit 21 (gegebenenfalls über ein nicht gezeichnetes Übersetzungsgetriebe) mit den Bremsscheiben der Bremseinrichtungen 51 gekoppelt und als Antriebs- und Bremssystem 2 in einem gemeinsamen Gehäuse verbunden sein. In diesem Fall kann durch die Integration in die E-Achse 1 die Erfindung sehr kleinbauend ausgeführt werden und gleichzeitig ein hoher Anteil des Bremsmoments der E-Achse 1 durch ein negatives Drehmoment der elektrischen Antriebseinheit 21 als Motorbremsung zusätzlich bereitgestellt werden.At the in 1 The principle of the invention shown is the design of the E-axis 1 coaxially from the drive unit 21 via the braking devices on both sides via the two side shafts 22 to the wheels 3. Here the drive unit 21 (possibly via a transmission gear, not shown) with the brake discs be coupled to the braking devices 51 and connected as a drive and braking system 2 in a common housing. In this case, the integration into the E-axis 1 allows the invention to be implemented in a very compact manner and at the same time a high proportion of the braking torque of the E-axis 1 can be additionally provided by a negative torque of the electric drive unit 21 as engine braking.

Eine optimale Voraussetzung für die Koordination der Bremsenkühlung bietet sich dadurch an, dass eine zentrale Steuereinheit 6 für die E-Achse 1 ein Thermomanagement im Zusammenspiel von Antriebs- und Bremskühlung mit dem Wärmetauschersystem 4 realisiert, wobei Messdaten und Faktoren, wie Batterieladezustand, Soll-/Ist-Temperatur von Energiespeicher (Batteriepack) und Soll-/Ist-Temperatur der Antriebseinheit 21, Soll-/Ist-Temperatur des Fahrzeuginnenraums, Umgebungstemperatur, Gesamtsituation des Betriebsbremssystems 5 und der Bremsscheiben der jeweiligen Bremseinrichtungen 51 (ermittelt über Sensoren und/oder Rechenmodelle), Soll/Ist-Bremsleistung, die zwischen der Rückgewinnung der Bremsenergie durch die elektrische Antriebseinheit 21 und das integrierte Betriebsbremssystem 5 gewählt werden kann, Fahrgeschwindigkeit, bisheriges Fahrerverhalten sowie ggf. Streckeninformationen zusätzlich einbezogen werden.An optimal prerequisite for the coordination of the brake cooling is offered by the fact that a central control unit 6 for the electric axle 1 implements thermal management in the interaction of drive and brake cooling with the heat exchanger system 4, with measurement data and factors such as battery state of charge, target/ Actual temperature of the energy store (battery pack) and target/actual temperature of the drive unit 21, target/actual temperature of the vehicle interior, ambient temperature, overall situation of the service brake system 5 and the brake discs of the respective braking devices 51 (determined via sensors and/or calculation models) , Target/actual braking power, which can be selected between the recovery of braking energy by the electric drive unit 21 and the integrated service brake system 5, driving speed, previous driver behavior and possibly route information are also included.

Ein gemeinsamer Wärmehaushalt bietet dabei die Möglichkeit einer strategiefähigen Energierückgewinnung. Das nasslaufende integrierte Betriebsbremssystem 5 bietet die Möglichkeit, die Bremsenergie zur Erwärmung des Kühl-/Schmiermediums des gemeinsamen Wärmehaushalts (z. B. Öl) zu nutzen, statt diese Energie einfach nur an die Umgebung abzugeben. Die dadurch gewonnene Wärmeenergie wird dem primären Wärmehaushalt (vom Antriebs- und Betriebsbremssystem 2) oder optional dem peripheren Wärmehaushalt (z. B. Batteriezellenheizung oder Innenraumheizung) zur Verfügung gestellt.A common heat balance offers the possibility of a strategic energy recovery. The wet-running integrated service brake system 5 offers the possibility of using the braking energy to heat the cooling/lubricating medium of the common heat balance (e.g. oil) instead of simply releasing this energy into the environment. The heat energy thus obtained is made available to the primary heat balance (from the drive and service brake system 2) or optionally to the peripheral heat balance (e.g. battery cell heating or interior heating).

Zusätzlich wird das Problem des recht moderaten, ungleichmäßigen Aufheizverhaltes der elektrischen Antriebseinheit 21 inklusive des Fahrzeugkühlkreises des Wärmetauschersystems 4 durch eine nun mögliche Betriebspunktverlagerung der elektrischen Antriebseinheit 21 bei gleichzeitig 100% Rückführung der Wärmeenergie - durch die elektrische Antriebseinheit 21 und die integrierten Bremseinrichtungen 51 des Betriebsbremssystems 5 - in das Fahrzeugsystem gelöst (Komponenten und Kühlkreislauf).In addition, the problem of the very moderate, uneven heating behavior of the electric drive unit 21, including the vehicle cooling circuit of the heat exchanger system 4, is solved by a possible shift in the operating point of the electric drive unit 21 with simultaneous 100% recirculation of the heat energy - by the electric drive unit 21 and the integrated brake devices 51 of the service brake system 5 - released into the vehicle system (components and cooling circuit).

Bei der Ausführung nach 1 sind die Bremseinrichtungen 51 zweckmäßig an letzter Stelle in den Kühlkreis vom Wärmetauschersystem 4 über die Antriebseinheit 21 eingebunden. Dadurch wird das Kühlsystem, welches primär die Komponenten der elektrischen Antriebseinheit 21 kühlen soll, nicht durch die Bremswärme der als Nassbremsen ausgebildeten Bremseinrichtungen 51 zusätzlich „vorgeheizt“.When running after 1 the braking devices 51 are expediently integrated last into the cooling circuit of the heat exchanger system 4 via the drive unit 21 . As a result, the cooling system, which is primarily intended to cool the components of the electric drive unit 21, is not additionally “preheated” by the braking heat of the braking devices 51 designed as wet brakes.

Ergänzend kann die zentrale Steuereinheit 6 situationsabhängig eine optimale Aufteilung zwischen Reibbremsung durch die Nassbremsen der Bremseinrichtungen 51 und Motorbremsung durch die Antriebseinheit 21 einstellen.In addition, the central control unit 6 can, depending on the situation, set an optimal division between friction braking by the wet braking of the braking devices 51 and engine braking by the drive unit 21 .

Die Steuerung und Regelung des Betriebsbremssystems 5 und der Antriebseinheit 21 kann durch die zentrale Steuereinheit 6 aber auch noch weiter systemübergreifend übernommen werden und gegebenenfalls auch in bestehende Steuergeräte der Antriebseinheit 21 integriert werden, wodurch sich nicht nur eine bessere Regelfähigkeit des Betriebsbremssystems 5 aufgrund der nassen Bremse ergibt, sondern vor allem auch durch kürzere Regelstrecken und mithin geringere Störanfälligkeit.The control and regulation of the service brake system 5 and the drive unit 21 can also be taken over by the central control unit 6 across systems and, if necessary, also be integrated into existing control units of the drive unit 21, which not only improves the controllability of the service brake system 5 due to the wet brake results, but above all also due to shorter controlled systems and therefore lower susceptibility to faults.

Die gemeinsame Steuerung mittels der zentralen Steuereinheit 6 durch Kombination mit einem Rekuperationsmoment oder negativen Drehmoment der Antriebseinheit 21 kann aber auch noch zu einem weitergehenden Thermomanagement dienen.However, the joint control by means of the central control unit 6 by combination with a recuperation torque or negative torque of the drive unit 21 can also be used for more extensive thermal management.

Zunächst kann das weitergehende Thermomanagement mittels der zentralen Steuereinheit 6 über ein in den Kühlkreis eingebundenes Wärmetauschersystem 4 für die bedarfsgerechte Abwärmenutzung oder Ableitung zum Fahrzeugkühler sorgen. Damit wird der optimale (wohltemperierte, verschleißarme) Arbeitsbereich des Antriebs- und des Betriebsbremssystems 2 eingestellt, wenn darüber ein integriertes Sensorsystem (nicht gezeichnet) wacht.First of all, the more extensive thermal management by means of the central control unit 6 via a heat exchanger system 4 integrated into the cooling circuit can ensure that waste heat is used as required or discharged to the vehicle cooler. The optimal (well-tempered, low-wear) working range of the drive system and the service brake system 2 is thus set if an integrated sensor system (not shown) monitors this.

Es gibt aber Betriebszustände der Antriebseinheit 21 (zuzüglich des Batteriesystems), insbesondere beim Fahrzeugstart im Winter oder bei Langstreckenfahrten ohne wesentliche Geländeerhebungen, in denen der verschleißarm temperierte Arbeitsbereich der E-Achse 1 nicht erreicht wird.However, there are operating states of the drive unit 21 (plus the battery system), in particular when starting the vehicle in winter or on long-distance journeys without significant terrain elevations, in which the low-wear, temperature-controlled working range of the e-axis 1 is not reached.

Für solche Betriebszustände ergibt sich ein weiterer Synergieeffekt dadurch, dass ein mittels der zentralen Steuereinheit 6 system integriert koordiniertes Thermomanagement eine Regelungsmöglichkeit vorsieht, bei der infolge der räumlichen Integration von Antriebseinheit 21 und Bremseinrichtungen 51 des Betriebsbremssystems 5 ein für die Antriebseinheit 21 zuständiges Steuerungsmodul der zentralen Steuereinheit 6, das innerhalb des elektrischen Antriebskonzept über den Wechsel zwischen motorischem und generatorischem Betrieb (Rekuperation) der Antriebseinheit 21 entscheiden muss, für eine neuartige Funktion direkt mit dem Thermomanagement gekoppelt wird.For such operating states, a further synergy effect results from the fact that a thermal management system integrated and coordinated by the central control unit 6 provides a control option in which, as a result of the spatial integration of the drive unit 21 and brake devices 51 of the service brake system 5, a control module of the central control unit responsible for the drive unit 21 6, which has to decide within the electric drive concept about the change between motor and generator operation (recuperation) of the drive unit 21, is coupled directly with the thermal management for a new function.

Diese neuartige Funktion wird in der Weise eingestellt, dass bei geringer Belastung der Antriebseinheit 21 und/oder bei niedriger Außentemperatur zur Anhebung des zu niedrigen Betriebspunktes des Antriebs- und Betriebsbremssystems 2 durch ein definiertes Zuschalten des Betriebsbremssystems 5 bei konstant gehaltener (z.B. drehzahlgesteuerter) Fahrgeschwindigkeit des Pkw die Last für die Antriebseinheit 21 erhöht wird, um in beiden Teilen des Antriebs- und Betriebsbremssystems 2, nämlich in Antriebseinheit 21 und Bremseinrichtungen 51, zusätzlich Wärme zu erzeugen, die vornehmlich die Antriebseinheit 21 auf die gewünschte Betriebstemperatur im verschleißarmen Arbeitsbereich aufwärmt und bei zusätzlichem Heizbedarf für Batteriepack und/oder Innenraum des Pkw diesen erzwungenen erhöhten Lastzustand weiter aufrechterhält. Die so definierte Betriebsart des systemübergreifend gesteuerten Thermomanagements führt bei dem erfindungsgemäß wärmegekoppelten Antriebs- und Betriebsbremssystems 2 zu einer schnelleren Betriebspunktverlagerung, insbesondere zu einem sehr vorteilhaften Kaltstartregime der elektrischen Antriebsachse 1 im Winter. Dieses Aufwärmregime kann aber auch in der kalten Jahreszeit bei Langstreckenfahrten über flaches oder gering profiliertes Gelände zur Gewährleistung von des optimalen verschleißarmen Betriebszustandes oder zur Fahrzeugheizung genutzt werden.This new function is set in such a way that when the load on the drive unit 21 is low and/or when the outside temperature is low, the too low operating point of the drive and service brake system 2 is raised by a defined activation of the service brake system 5 while the driving speed of the vehicle is kept constant (e.g. speed-controlled). Passenger cars, the load for the drive unit 21 is increased in order to generate additional heat in both parts of the drive and service brake system 2, namely in the drive unit 21 and brake devices 51, which primarily heats the drive unit 21 to the desired operating temperature in the low-wear working area and with additional Heating requirements for the battery pack and/or interior of the car continue to maintain this forced increased load condition. The operating mode of the system-wide controlled thermal management defined in this way leads to a faster shift in the operating point in the heat-coupled drive and service brake system 2 according to the invention, in particular to a very advantageous cold start regime for the electric drive axle 1 in winter. However, this warm-up regime can also be used in the cold season for long-distance journeys over flat or low-profiled terrain to ensure optimal low-wear operating conditions or for vehicle heating.

Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungskonzept der Erfindung wird durch die Integration der Bremseinrichtungen 51 in das elektrische System und den Wärmehaushalt der E-Achse 1 eine höhere System integration von elektrischer Antriebseinheit 21, Betriebsbremssystem 5 und Wärmetauschersystem 4 erreicht, wodurch neben der Nachhaltigkeit des Betriebsbremssystems 5 vor allem eine multivalente Steuerung des Wärmehaushalts und ein verbessertes systemübergreifendes Wärmemanagement sowie die Verknüpfung der Bremsmöglichkeiten der elektrischen Antriebseinheit 21, der Bremseinrichtungen 51 des Betriebsbremssystems 5 und der Antriebssteuerung der Antriebseinheit 21 mittels einer gemeinsamen zentralen Steuereinheit 6 erzielt werden. With the embodiment of the invention described above, the integration of the braking devices 51 into the electrical system and the heat balance of the E-axis 1 a higher system integration of electric drive unit 21, service brake system 5 and heat exchanger system 4 is achieved, which, in addition to the sustainability of the service brake system 5, above all multivalent control of the heat balance and improved system-wide heat management as well as the linking of the braking options of the electric drive unit 21, the braking devices 51 of the service brake system 5 and the drive control of the drive unit 21 can be achieved by means of a common central control unit 6.

Die obigen Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf die angegebenen Gestaltungen des kombinierten Antriebs- und Betriebsbremssystems 2 beschränkt, sondern können sich auch auf andere Ausführungen erstrecken, soweit eine fluidgekühlte Bremseinrichtung 51 mit dem Wärmehaushalt der Antriebseinheit 21 verknüpft und/oder deren Steuerung zusätzlich mit dem des Bremssystems vereinheitlicht und mit Kenngrößen und Messwerten der Antriebssteuerung verknüpft wird.However, the above exemplary embodiments are not limited to the designs of the combined drive and service brake system 2 specified, but can also extend to other designs, insofar as a fluid-cooled brake device 51 is linked to the heat balance of the drive unit 21 and/or its control is also linked to that of the brake system standardized and linked to parameters and measured values of the drive control.

Bezugszeichenlistereference list

11
Antriebsachse (E-Achse) Drive axle (E-axis)
22
Antriebs- und Bremssystemdrive and braking system
2121
(elektrische) Antriebseinheit(electric) drive unit
2222
Antriebsseitenwelleside drive shaft
33
Radwheel
44
Wärmetauschersystemheat exchanger system
55
Betriebsbremssystemservice braking system
5151
Bremseinrichtungbraking device
66
zentrale Steuereinheitcentral control unit

Claims (10)

Betriebsbremssystem in elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebsachse (1), wobei das Betriebsbremssystem (5) je Rad (3) eine unabhängig steuerbare Bremseinrichtung (51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Bremseinrichtungen (51) an der elektrischen Antriebsachse (1) als eine fluidgekühlt ausgebildete Nassbremse mit dem Wärmehaushalt einer Antriebseinheit (21) der elektrischen Antriebsachse (1) gekoppelt sind, wobei eine zentrale Steuereinheit (6) zur systemintegrativen Steuerung des Brems-und Antriebssystems (2) mit Mitteln zur systemübergreifenden Verknüpfung von Rekuperationsbremsung des Antriebs (21), Bremssteuerung der Bremseinrichtungen (51), Wärmekopplung der fluidgekühlten Bremseinrichtungen (51) mit dem Wärmetauschersystem (4) der Antriebseinheit (21) sowie einer Antriebssteuerung der Antriebseinheit (21) vorhanden ist, wobei die zentrale Steuereinheit (6) eine Steuerung zur Verlagerung des thermischen Betriebspunktes der Antriebseinheit (21) auf Basis einer gesteigerten Wärmeerzeugung durch verknüpfte Ansteuerung der Bremseinrichtungen (51) bei gleichzeitiger Leistungssteigerung der Antriebseinheit (21) durch Beibehaltung der Fahrgeschwindigkeit aufweist.Service brake system in an electrically driven vehicle with at least one electric drive axle (1), the service brake system (5) having an independently controllable braking device (51) for each wheel (3), characterized in that at least the braking devices (51) on the electric drive axle (1st ) are coupled as a fluid-cooled wet brake to the heat balance of a drive unit (21) of the electric drive axle (1), with a central control unit (6) for system-integrated control of the brake and drive system (2) with means for cross-system linking of regenerative braking of the drive (21), braking control of the braking devices (51), heat coupling of the fluid-cooled braking devices (51) to the heat exchanger system (4) of the drive unit (21) and a drive control of the drive unit (21), the central control unit (6) having a control for Shift of the thermal operating point of the An drive unit (21) on the basis of increased heat generation through linked activation of the braking devices (51) with a simultaneous increase in performance of the drive unit (21) by maintaining the driving speed. Betriebsbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (51) in eine gemeinsame Wärmesenke mit der Antriebseinheit (21) zur Nutzung desselben Wärmetauschersystems (4) eingebunden ist.service brake system claim 1 , characterized in that the braking device (51) is integrated into a common heat sink with the drive unit (21) for using the same heat exchanger system (4). Betriebsbremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidgekühlte Bremseinrichtung (51) als eine Lamellennassbremse ausgebildet ist.service brake system claim 2 , characterized in that the fluid-cooled braking device (51) is designed as a multi-disk wet brake. Betriebsbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (6) für ein intelligentes Thermomanagement von Antriebseinheit (21), Bremseinrichtungen (51) des Betriebsbremssystems (5) und Wärmetauschersystems (4) sowie die Steuerung des Wärmehaushalts aller Heiz- oder Kühlsysteme des Pkw vorgesehen ist.service brake system claim 1 , characterized in that the central control unit (6) is provided for intelligent thermal management of the drive unit (21), brake devices (51) of the service brake system (5) and heat exchanger system (4) and the control of the heat balance of all heating or cooling systems of the passenger car. Betriebsbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsbremssystem (5) mit den Bremseinrichtungen (51) und die Antriebs-einheit (21) mittels einer zentralen Steuereinheit (6) systemintegrativ so steuerbar sind, dass bei teilweiser Aktivierung der Bremseinrichtungen (51) gleichzeitig die Antriebseinheit (21) mit einer konstanten Drehzahl angesteuert ist.service brake system claim 1 , characterized in that the service brake system (5) with the braking devices (51) and the drive unit (21) can be controlled in a system-integrated manner by means of a central control unit (6) such that when the braking devices (51) are partially activated, the drive unit (21 ) is driven at a constant speed. Betriebsbremssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (6) die teilweise Aktivierung der Bremseinrichtungen (51) solange angepasst steuert, bis der thermische Betriebspunkt der Antriebseinheit (21) durch die in Bremseinrichtungen (51) und Antriebseinheit (21) erzeugte Abwärme in einem gewünschte verschleißarmen Betriebsbereich liegt.service brake system claim 5 , characterized in that the central control unit (6) controls the partial activation of the braking devices (51) in an adapted manner until the thermal operating point of the drive unit (21) is at a desired low-wear level due to the waste heat generated in the braking devices (51) and drive unit (21). operating range. Betriebsbremssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (6) die teilweise Aktivierung der Bremseinrichtungen (51) weiter angepasst steuert, wenn der thermische Betriebspunkt Antriebseinheit (21) des verschleißarmen Betriebsbereichs erreicht hat, und das Wärmetauschersystem (4) zum Transport der in Bremseinrichtungen (51) und Antriebseinheit (21) erzeugten Abwärme für Heiz- und Temperierungszwecke des Pkw aktiviert ist.service brake system claim 5 , characterized in that the central control unit (6) further adjusts the partial activation of the braking devices (51) when the thermal operating point of the drive unit (21) has reached the low-wear operating range, and the heat exchanger system (4) for transporting the braking devices (51 ) and drive unit (21) generated waste heat for heating and temperature control purposes of the car is activated. Betriebsbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (6) zur Koordination und Steuerung der Aktivierung der Bremsprozesse der Bremseinrichtungen (51) und Leistungssteigerung Antriebseinheit (21) und Thermomanagements mittels des Wärmetauschersystems (4) Zugriffe auf system übergreifende Zustandsfaktoren oder Messdaten aufweist.Service braking system according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the central control unit (6) for coordinating and controlling the activation of the braking processes of the braking devices (51) and increasing the power of the drive unit (21) and thermal management by means of the heat exchanger system (4) has access to system-wide state factors or measurement data. Betriebsbremssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (6) zur Koordination und Steuerung Zugriffe auf wenigstens einen der Faktoren aus Batterieladezustand, Soll-/Ist-Temperaturen von Energiespeicher, Antriebseinheit (21) oder Fahrzeuginnenraum, Umgebungstemperatur, Gesamtsituation des Betriebsbremssystems (5) und der Bremseinrichtungen (51), Soll/Ist-Bremsleistung, Fahrgeschwindigkeit, bisheriges Fahrerverhalten und Streckeninformationen aufweist.service brake system claim 8 , characterized in that the central control unit (6) accesses at least one of the factors from the battery state of charge, target/actual temperatures of the energy store, drive unit (21) or vehicle interior, ambient temperature, overall situation of the service brake system (5) and the Braking devices (51), target/actual braking performance, driving speed, previous driver behavior and route information. Fahrzeug mit einem Betriebsbremssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.Vehicle with a service braking system according to one of the preceding claims.
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