DE10327502A1

DE10327502A1 - Regelung für Nutzbremsung

Info

Publication number: DE10327502A1
Application number: DE10327502A
Authority: DE
Inventors: Michael John Bloomfield Twp. Schneider; Todd Allen Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP2004017963A; US7093912B2; DE10327502B4; US20050029863A1; US20030230933A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug und eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Regelung einer Nutzbremsanlage für ein Fahrzeug, umfassend ein Regelungssystem der Gierstabilität; eine Fähigkeit zur Bereitstellung eines regenerativen Bremsmomentes auf Räder von mindestens einer Achse; nicht regenerative Bremsen, die mit den Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind; einen Regler und ein in dem Regler verwirklichtes Regelungssystem zur Steuerung des Reglers, um regeneratives Bremsen und nicht regeneratives Bremsen beim Betrieb des Regelungssystems der Gierstabilität zu regeln. Das Verfahren umfasst im Wesentlichen eine Regelung von regenerativen Bremsen für ein Fahrzeug mit einem Regelungssystem der Gierstabilität; der Fähigkeit, ein regeneratives Bremsmoment auf Räder von zumindest einer Achse zu bewirken; mit nicht regenerativen Bremsen, die mit den Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind, unter anderem durch Ermitteln in dem Regelungssystem der Gierstabilität, ob das Fahrzeug einen Zustand des Untersteuerns oder des Übersteuerns erfährt; und Steuern des Fahrzeuges durch Aufnahme eines Eingangssignals von dem Regelungssystem der Gierstabilität; Vergleichen eines aktuellen Bremsenausgleiches mit einem gewünschten Bremsenausgleich; Ermitteln, ob Vorderachsräder oder Hinterachsräder im Vergleich zu dem gewünschten Bremsenausgleich überbremst sind; und Einstellen einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren und eine Vorrichtung und ein System zum Nutzbremsen.
Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen und Abgase in Kraftfahrzeugen und anderen, überwiegend durch Verbrennungsmotoren (ICE) angetriebenen Fahrzeugen zu reduzieren. Mit durch Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen versucht man, sich diesen Bedürfnissen zuzuwenden. Eine andere Ausweichlösung besteht darin, einen kleineren ICE mit Elektromotoren in einem Fahrzeug zu kombinieren. Solche Fahrzeuge verbinden die Vorteile eines Fahrzeuges mit ICE und eines Elektrofahrzeuges und werden typischerweise Hybridfahrzeuge (HEV) genannt ( US 5,343,970 ).
Das HEV wird in vielfältigen Ausführungen beschrieben. Viele Patente für HEV offenbaren Systeme, bei denen eine Bedienperson benötigt wird, um zwischen elektrischem Betrieb und Betrieb mit Verbrennungsmotor zu wählen. In anderen Ausführungen treibt der Elektromotor eine Gruppe von Rädern an, wobei der Verbrennungsmotor eine andere Gruppe antreibt.
Es wurden andere Ausführungen entwickelt, die brauchbarer sind. Zum Beispiel ist die Ausführung eines Reihen-Hybridfahrzeuges (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor (ganz typisch ein ICE), der mit einem, Generator genannten Elektromotor verbunden ist. Der Generator wiederum liefert Strom an eine Batterie und einen anderen Motor, der Antriebsmotor genannt wird. In dem SHEV ist der Antriebsmotor die einzige Quelle eines Drehmomentes auf die Räder. Zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Ausführung eines Parallel- Hybridfahrzeuges (PHEV) weist einen Motor (ganz typisch ein ICE) und einen Elektromotor auf, die in unterschiedlichen Graden zusammenarbeiten, um das notwendige Drehmoment auf die Räder zum Antrieb des Fahrzeuges zur Verfügung zu stellen. In der PHEV-Ausführung kann der Motor auch als ein Stromerzeuger genutzt werden, um die Batterie aus der vom ICE erzeugten Energie aufzuladen.
Ein Parallel-/Reihen-Hybridfahrzeug (PSHEV) besitzt sowohl die Eigenschaften der PHEV-Ausführung als auch der SHEV-Ausführung und wird manchmal als Ausführung mit "Leistungsaufteilung" angegeben. In einem von mehreren Typen der PSHEV-Ausführungen ist der ICE mechanisch mit zwei Elektromotoren in einem Antriebsstrang mit Planetengetriebe gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden. Der ICE ist mit einem Zwischenzahnrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, ein Antriebsmotor, ist über eine zusätzliche Getriebeverzahnung in einem Antriebsstrang mit einem (Abtriebs-)Tellerzahnrad verbunden. Das Motordrehmoment kann den Generator zum Aufladen der Batterie antreiben. Der Generator kann auch zum notwendigen Drehmoment auf die Räder (Abtriebswelle) beitragen, wenn das System eine Freilaufkupplung aufweist. Der Antriebsmotor wird genutzt, um zum Drehmoment auf die Räder beizutragen und um Bremsenergie zum Aufladen der Batterie zurück zu gewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator selektiv ein Reaktionsmoment erzeugen, das zur Regelung der Motordrehzahl genutzt werden kann. Der Verbrennungsmotor, die Generatormotor und der Antriebsmotor können tatsächlich die Wirkung eines ununterbrochenen veränderlichen Antriebsstranges (CVT) erzeugen. Ferner bietet das HEV eine Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl des Motors gegenüber normalen Fahrzeugen besser zu regeln, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl genutzt wird. Es wird der Wunsch deutlich, einen Verbrennungsmotor mit Elektromotoren zu kombinieren. Es gibt ein großes Potenzial, um Kraftstoffverbrauch und Abgase eines Fahrzeuges ohne erheblichen Verlust von Leistung und Fahrverhalten des Fahrzeuges zu verringern. Das Hybridfahrzeug ermöglicht die Verwendung von kleineren Verbrennungsmotoren, das Bremsen mit Energierückgewinnung, die elektrische Aufladung und auch den Betrieb des Fahrzeugs mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor. Trotzdem müssen neue Möglichkeiten entwickelt werden, um die potenziellen Nutzen eines Hybridfahrzeuges (HEV) zu optimieren.
Ein solches Gebiet der Entwicklung von HEV ist die Optimierung des Brems- und Steuerbarkeitssystems des HEV oder jedes anderen Fahrzeugtyps, der die Technologie der Nutzbremsung verwendet. Die Nutzbremsung ("regenerativer"-Betrieb) nimmt die kinetische Energie des Fahrzeugs auf, wenn es abbremst. In herkömmlichen Fahrzeugen verteilt sich kinetische Energie normalerweise als Wärme in den Bremsen des Fahrzeuges oder Motors beim Bremsen. Eine Nutzbremsung wandelt die aufgenommene Energie durch einen Stromerzeuger in elektrische Energie in Form von gespeicherter Ladung in der Batterie des Fahrzeuges um. Diese gespeicherte Energie wird später genutzt, um den Elektromotor zu speisen. Folglich reduziert Nutzbremsung auch den Kraftstoffverbrauch und die Erzeugung von Abgasen. In bestimmten Fahrzeugausführungen kann der Verbrennungsmotor von dem übrigen Antriebsstrang getrennt werden, wodurch mehr kinetische Energie in gespeicherte elektrische Energie umgewandelt werden kann.
In den meisten Fahrzeugen mit Nutzbremsanlage wird das Nutzbremsmoment nur oder vorwiegend auf die Räder einer Achse ausgeübt. Wenn Nutzbremsung nur auf die Räder einer Achse ausgeübt wird, können an den Rädern der anderen Achsen nicht regenerative Bremsverfahren genutzt werden. Nicht regenerative Bremsen werden außerdem normalerweise an den Rädern der Achsen installiert, die eine Nutzbremsanlage aufweisen, um die Nutzbremsung zu ergänzen oder zu verstärken. Der Wunsch, Energie durch Nutzbremsung zurück zu gewinnen, kann zu unausgeglichenen Bremsmomenten führen, die auf die Räder der unterschiedlichen Achsen ausgeübt werden, das heißt, ein Bremsmoment wird in einem Verhältnis ausgeübt, das anders ist als das proportionale Gewicht auf jede Achse. Unausgeglichenes Bremsen kann die Steuerbarkeit des Fahrzeuges beeinflussen. Diese Einflüsse auf die Steuerbarkeit können entweder in Form von Übersteuern oder von Untersteuern sein. Wenn eine unverhältnismäßige Größe eines Nutzbremsmoments auf die Vorderachse, wie bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb ausgeübt wird, reduziert dies die Fähigkeit der Vorderräder, das Fahrzeug zu steuern, ein Zustand, der als Untersteuern bekannt ist. Wenn eine unverhältnismäßige Größe eines Nutzbremsmoments auf die Hinterachse, wie bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb ausgeübt wird, reduziert dies die Seitenreibung der hinteren Reifen, ein Zustand, der als Übersteuern bekannt ist. Diese Wirkungen, das Untersteuern auf Grund der unverhältnismäßigen Größe einer Nutzbremsung an der Vorderachse und das Übersteuern auf Grund der unverhältnismäßigen Größe einer Nutzbremsung an der Hinterachse, können auf Flächen mit geringer Reibung wie Eis und Schnee extrem werden. Die Forderung zur Steuerbarkeit auf Flächen mit geringer Reibung zwingt typischerweise dazu, Stufen der Nutzbremsung zu reduzieren, was zu einem entsprechenden Verlust von Energierückgewinnung führt.
Es gibt HEV-Patente zur Regelung von Nutzbremsfunktionen in verschiedenen Fahrzuständen. Die US-Patentschrift 6,033,041 beschreibt eine Nutzbrems-Regelanlage für ein Elektrofahrzeug, bei der sich die Nutzbremsung als Funktion einer Fahrzeugneigung verändert. Die US-Patentschrift 4,335,337 beschreibt eine Regelanlage für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Mit dieser Erfindung wird versucht, das Griffvermögen des Reifens durch das Einstellen der Frequenz der Umdrehungen der Induktionsmotoren auf der Basis der Schlupffrequenz des Fahrzeuges ohne Rücksicht auf Nutzbremsung zu verbessern.
Mit dem Gegenstand der US-Patentschrift 5,476,310 wird ebenfalls versucht, das Bremsvermögen durch das Zusammenwirken von mechanischen Antiblockierbremsen und der Nutzbremsanlage zu verbessern. Mit dieser Erfindung wird eine zu hohe Bremskraft und zu hoher Schlupf mit einem Regler unter Nutzung eines vorgegebenen Schlupfverhältnisses geregelt.
Mit anderen Erfindungen wird ebenfalls versucht, zu hohen Schlupf zu regeln ( US 5,654,887 und US 5,615,933 ). Während mit diesen Erfindungen zu hoher Schlupf wirklich reduziert wird, bewirken sie leider keine angemessene Stabilitätsgröße, weil sie sich hauptsächlich auf die Maximierung einer geradlinigen Bremsung konzentrieren.
Die US-Patentschrift 5,318,355 beschreibt einen Umschaltungsmodus aus einer regenerativen Betriebsart oder Betriebsart mit Reibungsbremsen. Leider ist diese Erfindung für eine falsche Betätigung des Umschaltungsmodus anfällig.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bzw. System zur Regelung von regenerativem Bremsen und nicht regenerativem Bremsen bei Betrieb eines Gierstabilitäts-Regelungssystem vorzuschlagen.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 17, 33 und 34. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung kann bei Betrieb eines Gierstabilitäts-Regelungssystems selbst auf Flächen mit geringer Reibung eine Nutzbremsung bewirken, während die Rückgewinnung von Energie nicht erheblich reduziert wird. Die Erfindung nutzt ein Gierstabilitäts-Regelungssystem zur Bestimmung, ob ein Abfall der Steuerbarkeit ein Zustand des Untersteuerns oder des Übersteuerns ist, und stellt dementsprechend das Nutzbremsmoment ein.
Speziell besitzt die vorliegende Erfindung mechanische Reibungsbremsen oder andere, an sich bekannte, nicht regenerative Bremsen, die mit den Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind. Ein Elektromotor, der ein Nutzbremsmoment erzeugen kann, ist mit den Rädern mindestens einer Achse verbunden. Die vorliegende Erfindung besitzt einen Regler, der die Fähigkeit besitzt, ein Eingangssignal von einem Gierstabilitäts-Regelungssystem zu empfangen, das aktuelle Bremsgleichgewicht mit einem gewünschten Bremsgleichgewicht zu vergleichen, zu bestimmen, ob die Vorderachsräder oder die Hinterachsräder im Vergleich zum gewünschten Bremsgleichgewicht überbremst sind, und die regenerative Bremsgröße und nicht regenerative Bremsgröße einzustellen. Der Regler kann einen einfachen PID-Regler mit Rückkopplung nutzen.
In Fahrzeugausführungen mit Hinterradantrieb wird ein Nutzbremsmoment auf die Hinterachsräder ausgeübt, wobei die nicht regenerativen Bremsen mit den Vorderachsrädern verbunden sind. Nicht regenerative Bremsen können auch mit den Hinterachsrädern verbunden sein, um die Nutzbremsung zu ergänzen und/oder zu unterstützen. Das Regelungssystem der Fahrzeug-Gierstabilität wird ermitteln, ob das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns oder des Untersteuerns erfährt. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern im Vergleich zu einem gewünschten Bremsausgleich überbremst sind, wird die Nutzbremsung reduziert oder völlig eingestellt. Andererseits wird Nutzbremsung auf der aktuellen Stufe beibehalten.
In Fahrzeugausführungen mit Vorderradantrieb wird ein Nutzbremsmoment auf die Vorderachsräder ausgeübt, wobei die nicht regenerativen Bremsen mit den Hinterachsrädern verbunden sind. Nicht regenerative Bremsen können auch mit den Vorderachsrädern verbunden sein, um die Nutzbremsung zu ergänzen und/oder zu unterstützen. Das Regelungssystem der Fahrzeug-Gierstabilität wird ermitteln, ob das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns oder des Untersteuerns erfährt. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern im Vergleich zu einem gewünschten Bremsausgleich überbremst sind, wird die Nutzbremsung reduziert oder völlig eingestellt. Andererseits wird Nutzbremsung auf der aktuellen Stufe beibehalten.
Die vorliegende Erfindung soll eine Strategie bereitstellen, um regeneratives Bremsen und nicht regeneratives Bremsen bei Betrieb eines Gierstabilitäts-Regelungssystem zu steuern.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung mit Bezug auf die Figuren deutlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen.
Es zeigen:
1 die allgemeine Ausführung eines Hybridfahrzeuges (HEV) mit Hinterradantrieb;
2 eine Regelungsstrategie zum Bremsen und zur Steuerbarkeit nach der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb;
3 eine Regelungsstrategie zum Bremsen und zur Steuerbarkeit nach der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb.
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch angetriebene Fahrzeuge wie Elektrofahrzeuge (EV), Hybridfahrzeuge (HEV) und Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen (FCEV), die eine Nutzbremsanlage aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist ein System zur Regelung der Nutzbremsung für ein Fahrzeug bei Betrieb eines Gierstabilitäts-Regelungssystems.
1 stellt nur eine mögliche Ausführung, speziell die Ausführung eines Parallel-/Reihen-Hybridfahrzeuges mit Leistungsaufteilung, dar. Es soll jedoch verständlich werden, dass die vorliegende Erfindung für jedes Fahrzeug mit Nutzbremsanlage und einem Gierstabilitäts-Regelungssystem gelten kann.
In einem einfachen HEV verbindet ein Planetengetriebe 20 ein Zwischenrad 22 über eine Freilaufkupplung 26 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 24. Das Planetengetriebe 20 verbindet außerdem ein Sonnenrad 28 mechanisch mit einer Generatormotor 30 und einem (Abtriebs-)Zahnkranz 32. Generatormotor 30 ist auch mechanisch mit der Generatorbremse 34 und elektrisch mit einer Batterie 36 verbunden. Ein Elektro-Antriebsmotor 38 ist mechanisch über eine zweite Getriebeanordnung 40 mit dem Zahnkranz 32 des Planetengetriebes 20 gekoppelt und elektrisch mit der Batterie 36 verbunden. Der Zahnkranz 32 des Planetengetriebes 20 und der Antriebsmotor 38 sind mit den Hinterachsrädern 42 mechanisch über eine Abtriebswelle 44 und eine Hinterachse 66 mechanisch verbunden. Das dargestellte Fahrzeug könnte auch ein getrenntes Paar von durch eine Vorderachse 68 verbundenen Vorderachsrädern 64 aufweisen, die nicht angetrieben werden und steuerbar sind. Die Vorderachsräder 64 sind zur Vorderseite und die Hinterachsräder 42 zur Rückseite des Fahrzeuges positioniert.
Das Planetengetriebe 20 teilt die von dem Verbrennungsmotor 24 abgegebene Leistung auf in einen Reihenweg von dem Verbrennungsmotor 24 zu dem Generatormotor 30 und in einen Parallelweg von dem Verbrennungsmotor 24 zu den Hinterachsrädern 42. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 24 kann geregelt werden, indem die Aufteilung auf den Reihenweg verändert wird, während die mechanische Verbindung durch den Parallelweg beibehalten wird. Der Antriebsmotor 38 verstärkt die Leistung des Verbrennungsmotors 24 auf die Räder 42 der Hinterachse auf dem Parallelweg durch den zweiten Zahnradsatz 40. Der Antriebsmotor 38 schafft auch die Möglichkeit, Energie direkt aus dem Reihenweg, im Wesentlichen ablaufende Energie, zu nutzen, die durch den Generatormotor 30 erzeugt wird. Dies reduziert die Verluste, die in der Batterie 36 mit der Umwandlung von Energie in chemische Energie und umgekehrt verbunden sind, und erlaubt es, dass die gesamte Energie des Verbrennungsmotors 24 abzüglich der Umwandlungsverluste die Hinterachsräder 42 erreicht.
In dieser Ausführung eines HEV steuert ein Fahrzeug-Systemregler (VSC) 46 viele Komponenten durch Verbindung mit jedem Komponenten-Regler. Eine Verbrennungsmotor-Steuereinheit (ECU) 48 verbindet den Verbrennungsmotor 24 über eine fest verdrahtete Schnittstelle. Alle Fahrzeug-Regler können in einer beliebigen Kombination physikalisch kombiniert werden oder als getrennte Einheiten stehen. Sie sind hier als separate Einheiten beschrieben, weil sie jeweils eine ausgeprägte Funktionsfähigkeit besitzen. Der VSC 46 steht durch ein Übertragungsnetzwerk, wie ein Regler-Bereichsnetzwerk (CAN) 54 sowohl mit der ECU 48 als auch mit einer Batterie-Regelungseinheit (BCU) 50 und einer Antriebs-Leiteinheit (TMU) 52 in Verbindung. Die TMU 52 steuert der Generatormotor 30 und den Antriebsmotor 38 über eine fest verdrahtete Schnittstelle.
Der VSC 46 kann außerdem durch das CAN 54 mit einer elektrohydraulischen Bremseinheit (EHBU) 56 in Verbindung stehen. Die EHBU 56 ist an die nicht regenerativen Bremsen 58 angeschlossen, die unmittelbar mit den Rädern 64 der Vorderachse verbunden sind. Die nicht regenerativen Bremsen 58 können auch mit den Rädern 42 der Hinterachse verbunden sein. Die Bremseinheit EHBU 56 kann Antiblockier-Bremssysteme (ABS, nicht gezeigt), Nutzbremsanlagen, Regelungssysteme (nicht dargestellt) für den Antrieb, ein Gierstabilitäts-Regelungssystem 72 und die nicht regenerativen Bremsen 58 steuern. Die Bremseinheit EHBU 58 kann diese Systeme entweder als Reaktion auf eine Eingabe der Bedienperson oder unabhängig von dieser steuern. In der vorliegenden Erfindung ist eine Bremsregelung für die Hinterachsräder 42 unabhängig voneinander verfügbar. Die Bremseinheit EHBU 56 kann Eingangssignale von verschiedenen Fahrzeugsystemen aufnehmen. Spezifisch für die vorliegende Erfindung sind Eingangssignale für einen Bremsen-Positionssensor 62 (wie ein Bremspedal) und das Regelungssystem 72 für Gierstabilität.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren und ein System zur Regelung von regenerativem Bremsen und nicht regenerativem Bremsen bei Betrieb des Gierstabilitäts-Regelungssystem für ein Fahrzeug, das mit einer Nutzbremsanlage ausgerüstet ist, wie die in 1 dargestellte Ausführung. Die Erfindung kann eine Nutzbremsung im Fall von Zuständen des Übersteuerns und Untersteuerns auch bei Oberflächen mit geringer Reibung bewirken. Der Regler der vorliegenden Erfindung kann physikalisch entweder innerhalb des VSC 46 oder als eine allein stehende Einheit, wie die Bremseinheit EHBU 56 angeordnet werden. Der Regler nimmt Eingangssignale von dem Gierstabilitäts-Regelungssystem 72 auf, vergleicht aktuelles Bremsen mit einem gewünschten Bremsenausgleich und weist entsprechend eine Reduzierung oder Beibehaltung der Nutzbremsung an. Der gewünschte Bremsenausgleich ist die Darstellungsweise eines idealen Bremsenausgleiches oder eines Bremsenausgleiches, der normalerweise beim herkömmlichen, nicht regenerativen Bremsen erzielt wird.
Wie es oben angegeben ist, üben die meisten Fahrzeugausführungen mit Nutzbremsanlage das Bremsmoment auf die Räder einer Achse, oder überwiegend auf die Räder einer Achse, aus. Wenn Nutzbremsung nur auf die Räder einer Achse ausgeübt wird, können normale, nicht regenerative Bremsverfahren an den Rädern der anderen Achsen ausgeübt werden, um das gesamte Bremsmoment des Fahrzeuges auszugleichen. Die nicht regenerativen Bremsen 58 können außerdem an den Rädern der Achse verwendet werden, die eine Nutzbremsanlage aufweisen, um die Nutzbremsung zu ergänzen und/oder zu unterstützen. Um dies in der Fahrzeugausführung von 1 zu veranschaulichen, könnte die Bremseinheit EHBU 56 Nutzbremsung auf die Hinterachsräder 42 der Hinterachse 66 bei einer Ausführung mit Antrieb der Hinterräder, anfordern; sie könnte gleichzeitig eine Anwendung der normalen, nicht regenerativen, Bremsen 58 auf die Vorderachsräder 64 der Vorderachse 68 anfordern. Leider wird in diesem Beispiel keine optimale regenerative Energie verwirklicht, weil jedes, die nicht regenerativen Bremsen 58 nutzende Bremsmoment kinetische Energie ergibt, die als Wärme vergeudet wird. Idealerweise würde eine maximale Energierückgewinnung bei völliger Nutzbremsung auftreten.
Die Herausforderung einer maximalen Energierückgewinnung durch eine Nutzbremsanlage ist, dass unausgeglichene Bremsmomente zwischen den Vorderachsrädern 64 und den Hinterachsrädern 42 die Steuerbarkeit des Fahrzeuges beeinflussen können. Zum Beispiel ist in einer Fahrzeugausführung mit Vorderradantrieb (nicht gezeigt) die Fähigkeit, die Vorderachsräder 64 zu steuern (Untersteuern) vermindert, wenn auf die Vorderachsräder 64 der Vorderachse 68 beim Versuch, die Energierückgewinnung zu maximieren, eine nicht verhältnismäßige Größe eines Bremsmomentes ausgeübt wird (z. B. wird auf die Hinterachsräder 42 eine nicht regenerative Bremskraft ausgeübt, die kleiner ist, als es der gewünschte Bremsenausgleich verlangen würde).
In einer Fahrzeugausführung mit Hinterradantrieb ist die seitliche Reibung der Hinterachsräder 42 vermindert (Übersteuern), wenn auf die Hinterachsräder 42 der Hinterachse 66 beim Versuch, die Energierückgewinnung zu maximieren, eine nicht verhältnismäßige Größe eines Bremsmomentes ausgeübt wird (z. B. wird auf die Hinterachsräder 42 eine nicht regenerative Bremskraft ausgeübt, die kleiner ist, als es der gewünschte Bremsenausgleich verlangen würde). Diese Zustände der Steuerbarkeit können auf Flächen mit geringer Reibung wie Eis und Schnee extremer werden.
2 veranschaulicht eine Strategie zum Bremsen und zur Steuerbarkeit nach der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb. Bei Fahrzeugausführungen mit Hinterradantrieb wird ein regeneratives Bremsmoment auf die Hinterachsräder 42 ausgeübt, wobei die nicht regenerativen Bremsen 58 mit den Vorderachsräder 64 verbunden sind. Die nicht regenerativen Bremsen 58 können auch mit den Hinterachsrädern 42 verbunden sein, um regeneratives Bremsen zu ergänzen und/oder zu unterstützen. Die Strategie beginnt beim Schritt 100. Beim Schritt 102 ermittelt das Gierstabilitäts-Regelungssystem 72, ob das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns oder Untersteuerns erfährt. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt, schreitet die Strategie zum Schritt 104 weiter. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt, schreitet die Strategie zum Schritt 110 weiter, bei dem angewiesen wird, Nutzbremsung auf der aktuellen Stufe beizubehalten. Nach dem Schritt 110 endet die Strategie beim Schritt 112.
Im Schritt 104 wird der aktuelle Bremsenausgleich mit dem gewünschten Bremsenausgleich verglichen, und die Strategie schreitet zum Schritt 106 weiter. Beim Schritt 106 ermittelt die Strategie, ob die Hinterachsräder 42 im Verhältnis zu den Vorderachsrädern 64 im Vergleich zu dem gewünschten Bremsenausgleich überbremst sind. Wenn die Hinterachsräder 42 überbremst sind, schreitet die Strategie zum Schritt 108 weiter. Andererseits schreitet die Strategie zum Schritt 110 weiter.
Beim Schritt 108 weist die Strategie eine Reduzierung der Nutzbremsung an, bis der gewünschte Bremsenausgleich erreicht oder die Nutzbremsung völlig eingestellt ist. Wenn die Nutzbremsung reduziert oder eingestellt ist, schaltet die Strategie auf nicht regenerative Bremsung, die verteilt wird, um den gewünschten Bremsenausgleich zu erzielen. Nach dem Schritt 108 endet die Strategie beim Schritt 112.
Auf den Schritt 106 zurückkommend, schreitet die Strategie zum Schritt 110 weiter, wenn sie ermittelt, dass die Hinterachsräder 42 im Verhältnis zu den Vorderachsrädern 64 im Vergleich zum gewünschten Bremsenausgleich nicht überbremst sind. Nach dem Schritt 110 endet die Strategie beim Schritt 112.
3 veranschaulicht die Steuerstrategie zum Bremsen und zur Steuerbarkeit nach der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb. In Fahrzeugausführungen mit Vorderradantrieb wird ein Nutzbremsmoment auf die Vorderachsräder 64 ausgeübt, wobei die nicht regenerativen Bremsen 58 mit den Hinterachsrädern 42 verbunden sind. Die nicht regenerativen Bremsen 58 können außerdem mit den Vorderachsrädern 64 verbunden sein, um die Nutzbremsung zu ergänzen oder zu unterstützen. Die Strategie beginnt beim Schritt 200. Beim Schritt 200 ermittelt das Gierstabilitäts-Regelungssystem 72, ob das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns oder Untersteuerns erfährt. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt, schreitet die Strategie zum Schritt 210 weiter, bei dem angewiesen wird, Nutzbremsung auf der aktuellen Stufe beizubehalten. Nach dem Schritt 210 endet die Strategie beim Schritt 212. Wenn das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt, schreitet die Strategie zum Schritt 204 weiter.
Beim Schritt 204 wird der aktuelle Bremsenausgleich mit dem gewünschten Bremsenausgleich verglichen und die Strategie schreitet zum Schritt 206 weiter. Beim Schritt 206 ermittelt die Strategie, ob die Vorderachsräder 64 im Verhältnis zu den Hinterachsrädern 42 im Vergleich zum gewünschten Bremsenausgleich überbremst sind. Wenn die Vorderachsräder 64 überbremst sind, schreitet die Strategie zum Schritt 208 weiter. Andererseits schreitet die Strategie zum Schritt 210 weiter.
Beim Schritt 208 weist die Strategie eine Reduzierung der Nutzbremsung an, bis der gewünschte Bremsenausgleich erzielt oder die Nutzbremsung völlig eingestellt ist. Wenn die Nutzbremsung reduziert oder eingestellt ist, schaltet die Strategie auf nicht regenerative Bremsung, die verteilt wird, um den gewünschten Bremsenausgleich zu erzielen. Nach dem Schritt 208 endet die Strategie beim Schritt 212.
Auf den Schritt 206 zurückkommend, schreitet die Strategie zum Schritt 210 weiter, wenn sie ermittelt, dass die Vorderachsräder 64 im Vergleich zu dem gewünschten Bremsenausgleich nicht überbremst sind. Nach dem Schritt 210 endet die Strategie beim Schritt 212.
Wenn wegen eines Steuerereignisses der Gierstabilität die Nutzbremsung reduziert wird, sollte sie nur um die Größe reduziert werden, die notwendig ist, um den gewünschten Bremsenausgleich zu erzielen. Dadurch, dass die Nutzbremsung nur um den Betrag zur Erzielung des gewünschten Bremsenausgleiches reduziert wird, wird die Energierückgewinnung maximiert, während die Steuerbarkeit des Fahrzeuges verbessert ist.
Wenn wegen eines Steuerereignisses der Gierstabilität die Nutzbremsung reduziert oder eingestellt wird, sollte sie stufenweise über einen Zeitraum, der eine schnelle Rückkehr zu ausgeglichenem Bremsen bewirkt, reduziert werden. Dieser Zeitraum sollte lang genug sein, um zu ermöglichen, dass das Schalten zwischen regenerativem Bremsen und nicht regenerativem Bremsen ruckfrei ist. Beim Schalten sollte das gesamte Bremsmoment das Gleiche bleiben. Um das gesamte Bremsmoment beim Schalten durchgängig gleich zu halten, sollte das nicht regenerative Bremsen im gleichen Verhältnis, wie das regenerative Bremsen reduziert oder schrittweise abgebaut wird, erhöht oder stufenweise eingeführt werden. Ein typischer Zeitraum für eine solche Umschaltung kann zwischen 50 ms und 1 s liegen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Strategie von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen schalten, während der Bremsenausgleich, der sich aus dem regenerativen Bremsen ergab, beibehalten wird. Zum Beispiel kann die Strategie in den oben beschriebenen Situationen, wenn der Regler anweisen würde, das regenerative Bremsen auf der aktuellen Stufe, wie in 2, 110 und in 3, 210, beizubehalten, ganz oder teilweise von regenerativem Bremsen zu den nicht regenerativen Bremsen 58 auf der Nutzbremsachse mit dem gleichen aktuellen Bremsmoment schalten. In diesen Situationen wird der aktuelle Bremsenausgleich beibehalten, wobei die nicht regenerativen Bremsen 58 die Nutzbremsung auf die Räder der Nutzbremsachse ganz oder teilweise ersetzen.
In diesem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Energierückgewinnung für die wenigen Augenblicke des Steuerereignisses der Gierstabilität zu Gunsten der Verwendung der nicht regenerativen Bremsen 58 aufgegeben.
Die vorliegende Erfindung kann Rückkopplungs-Steueralgorithmen nutzen, um regeneratives und nicht regeneratives Bremsen zu überwachen und dynamisch zu modifizieren. Zum Beispiel kann ein einfacher PID-Regler mit Rückführung verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind ausschließlich beispielhaft vorgesehen. Es können viele andere Änderungen, Modifizierungen und Anwendungen der Erfindung vorgenommen werden. Änderungen könnten die Anwendung der Erfindung auf Fahrzeuge mit Allradantrieb oder Fahrzeuge mit Vierradantrieb enthalten, wobei sie aber nicht darauf beschränkt sind. Im Fall von Fahrzeugen mit Vierradantrieb oder Allradantrieb kann die Nutzbremsung auf mehr als eine Achse verteilt werden. Die oben beschriebenen Prinzipien, wann Nutzbremsung beizubehalten oder zu reduzieren ist, würden immer noch zutreffen.
Außerdem wird der Fachmann verstehen, dass das Regelungssystem 72 der Gierstabilität zusätzliche Bremsanweisungen geben kann, die denen der vorliegenden Erfindung überlagert sein können.

Claims

System zur Regelung der Bremsung eines Fahrzeuges bei einem Steuerereignis der Gierstabilität, umfassend: ein Regelungssystem der Gierstabilität zur Ermittlung, ob das Fahrzeug einen Zustand des Untersteuerns oder des Übersteuerns erfährt; nicht regenerative Bremsen, die mit Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind; und einen Regler mit der Fähigkeit, ein Eingangssignal vom Regelungssystem der Gierstabilität zu empfangen, den aktuellen Bremsenausgleich mit einem gewünschten Bremsenausgleich zu vergleichen, zu bestimmen, ob die Vorderachsräder oder Hinterachsräder im Vergleich zu dem gewünschten Bremsenausgleich überbremst sind, und eine regenerative Bremsstufe und eine nicht regenerative Bremsstufe einzustellen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein einfacher PID-Regler mit Rückführung ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eine regenerative Bremsstufe und eine nicht regenerative Bremsstufe über einen Zeitraum einstellt, der eine schnelle Rückkehr zu ausgeglichenem Bremsen bewirkt und erlaubt, dass das Schalten zwischen regenerativem Bremsen und nicht regenerativem Bremsen ruckfrei ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eine regenerative Bremsstufe und eine nicht regenerative Bremsstufe über einen Zeitraum zwischen 50 ms und 1 s einstellen kann.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen mit Vorderachsrädern verbunden sind; und die Nutzbremsung auf die Hinterachsräder ausgeübt wird.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler geeignet, die Nutzbremsung zu reduzieren, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern überbremst sind.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler die Nutzbremsung beibehalten kann, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler die Nutzbremsung beibehalten kann, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern nicht überbremst sind.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Hinterachsrädern verbindbar sind; und der Regler von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Hinterachsräder schaltet, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Hinterachsrädern verbindbar sind; und der Regler von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Hinterachsräder schaltet, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern nicht überbremst sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen mit den Hinterachsrädern verbindbar sind; und regeneratives Bremsen auf Vorderachsräder ausgeübt wird.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler geeignet ist, die Nutzbremsung zu reduzieren, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern überbremst sind.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler die Nutzbremsung beibehalten kann, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler die Nutzbremsung beibehalten kann, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern nicht überbremst sind.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Vorderachsrädern verbindbar sind; und der Regler von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Vorderachsräder schaltet, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Vorderachsrädern verbindbar sind; und der Regler von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Vorderachsräder schaltet, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern nicht überbremst sind.
Verfahren zur Regelung von regenerativem Bremsen für ein Fahrzeug mit einem Regelungssystem der Gierstabilität; der Fähigkeit, ein regeneratives Bremsmoment auf Räder von zumindest einer Achse zu bewirken; mit nicht regenerativen Bremsen, die mit den Räder von mindestens einer Achse verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ermitteln in dem Regelungssystem der Gierstabilität, ob das Fahrzeug einen Zustand des Untersteuerns oder des Übersteuerns erfährt; und Steuern des Fahrzeuges durch Aufnahme eines Eingangssignals von dem Regelungssystem der Gierstabilität; Vergleichen eines aktuellen Bremsenausgleiches mit einem gewünschten Bremsenausgleich; Ermitteln, ob Vorderachsräder oder Hinterachsräder im Vergleich zu dem gewünschten Bremsenausgleich überbremst sind; und Einstellen einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Steuerns des Fahrzeuges die Verwendung eines einfachen PID-Reglers mit Rückführung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der regenerativen Bremsstufe und der nicht regenerativen Bremsstufe über einen Zeitraum durchgeführt wird, der eine schnelle Rückkehr zu ausgeglichenem Bremsen bewirkt und ermöglicht, dass das Schalten zwischen regenerativem Bremsen und nicht regenerativem Bremsen ruckfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der regenerativen Bremsstufe und der nicht regenerativen Bremsstufe über einen Zeitraum zwischen 50 ms und 1 s durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass regeneratives Bremsen auf die Hinterachsräder ausgeübt wird; und die nicht regenerativen Bremsen mit den Vorderachsrädern verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der regenerativen Bremsstufe und der nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Reduzieren von regenerativem Bremsen, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern überbremst sind.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der regenerativen Bremsstufe und der nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Beibehaltung von regenerativem Bremsen, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der regenerativen Bremsstufe und der nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Beibehaltung von regenerativem Bremsen, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern nicht überbremst sind.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Hinterachsrädern verbunden sind; und der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe das Schalten von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Hinterachsräder umfasst, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Hinterachsrädern verbunden sind; und der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe das Schalten von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Hinterachsräder umfasst, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt und die Hinterachsräder im Verhältnis zu den Vorderachsrädern nicht überbremst sind.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass regeneratives Bremsen auf die Vorderachsräder ausgeübt wird; und die nicht regenerativen Bremsen mit den Hinterachsrädern verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Reduzieren von regenerativem Bremsen, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern überbremst sind.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Beibehaltung des regenerativen Bremsens, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe den Schritt umfasst: Beibehaltung von regenerativem Bremsen, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern nicht überbremst sind.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Vorderachsrädern verbunden sind; und der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe das Schalten von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Vorderachsräder umfasst, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Übersteuerns erfährt.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht regenerativen Bremsen auch mit den Vorderachsrädern verbunden sind; und der Schritt des Einstellens einer regenerativen Bremsstufe und einer nicht regenerativen Bremsstufe das Schalten von regenerativem Bremsen auf nicht regeneratives Bremsen auf die Vorderachsräder umfasst, wenn das Regelungssystem der Gierstabilität ermittelt, dass das Fahrzeug den Zustand des Untersteuerns erfährt und die Vorderachsräder im Verhältnis zu den Hinterachsrädern nicht überbremst sind.
Vorrichtung zur Regelung einer Nutzbremsanlage, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend: ein Regelungssystem der Gierstabilität; eine Fähigkeit zur Bereitstellung eines regenerativen Bremsmomentes auf Räder von mindestens einer Achse; nicht regenerative Bremsen, die mit den Rädern von mindestens einer Achse verbunden sind; einen Regler; und ein in dem Regler verwirklichtes Regelungssystem zur Steuerung des Reglers, um regeneratives Bremsen und nicht regeneratives Bremsen beim Betrieb des Regelungssystems der Gierstabilität zu regeln.
Kraftfahrzeug, ausgestattet mit einer Vorrichtung nach Anspruch 33.