DE19842509C1

DE19842509C1 - Steuer- bzw. Regelvorrichtung für ein von einem Elektromotor antreibbares Fahrzeug

Info

Publication number: DE19842509C1
Application number: DE19842509A
Authority: DE
Inventors: Michael Albert; Thomas Reckhorn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: US6324449B2; WO2000017004A1; US20010032040A1

Abstract

Zur Nachempfindung des von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gewohnten Fahrzeugverhaltens ist nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals ein durch gesteuerte Bremsung des Elektromotors nachbildbares Motorschleppmoment vorgesehen. Zur Erhöhung des Fahrkomforts sowie zur zusätzlichen Schonung der im Fahrzeugenergiespeicher mitgeführten Energie setzt das nachgebildete Motorschleppmoment erst bei einem Mindestwert einer Geschwindigkeitssteigerung nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals ein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- bzw. Regelvor richtung für ein von einem Elektromotor antreibbares Fahrzeug gemäß Patentanspruch 1; derartige Steuervorrichtungen sind sowohl für Fahrzeuge mit einem alleinigen Elektromotorantrieb als auch für Fahrzeuge mit einem Hybrid-Antrieb vorgesehen.

Von Verbrennungsmaschinen angetriebene Fahrzeuge zeichnen sich üblicherweise u. a. dadurch aus, daß bei losgelassenem Fahrpedal bzw. Bremspedal und nicht vom Antriebsstrang durch eine Kupplung getrennter Verbrennungsmaschine beim Ausrollen aufgrund eines Motorschleppmomentes auf das Fahrzeug eine verzögernde Wirkung ausgeübt wird.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll ein derartiges dem Fahrzeugführer gewohntes Fahrzeugverhalten auch im Fall eines teilweisen oder alleinigen Antriebs durch den Elektromotor bei trotz minimalen Energieverbrauchs aus dem Energiespeicher des Fahrzeugs erhöhtem Fahrkomfort angeboten werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. gemäß Patentan spruch 2; vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine Steuer- bzw. Regelvor richtung mit den beiden ersten Teilmerkmalen des Patentan spruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 ist durch die DE 43 24 010 C2 bekannt.

Durch die Vorgabe eines Bremsstromes bei losgelassenem Fahr pedal bzw. Bremspedal ist der Motorbremsstrom geschwindig keits- bzw. drehzahlabhängig gemäß einer vorgebbaren Charak teristik im Sinne eines dem Fahrzeugfahrer von einem Fahrzeug mit alleinigem Antrieb durch eine Verbrennungsmaschine be kannten Motorschleppmomentes nachbildbar, wobei zur Erhöhung des Fahrkomforts und insbesondere zusätzlichen Schonung der in dem Energiespeicher des Fahrzeuges mitgeführten Energie ein Einsatz des nachgebildeten Motorschleppmomentes vom Er reichen eines Mindestwertes einer Motordrehzahlsteigerung bzw. einer Geschwindigkeitssteigerung oder einer Motordreh zahlbeschleunigung bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschleuni gung des Fahrzeuges gegenüber einer nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. des Bremspedals jeweils vorliegenden Motor drehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen ist. Durch die derartige jeweils in Anpassung an die Differenzmindest werte neu definierbare Motorbremscharakteristik bzw. neu de finierbaren Einsatz des Motorschleppmomentes sind diese Re gelwerte von der nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals jeweils vorliegenden Motordrehzahl bzw. Fahrzeug geschwindigkeit derart abhängig, daß von außen auf das Fahr zeug einwirkende Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte, wie z. B. eine Steigung bzw. ein Gefälle der Fahrstrecke bzw. besondere Windverhältnisse oder Beschaffenheiten des Fahrbahnbelages, die zusätzlich sich auf die Beschleunigung bzw. Bremsung des Fahrzeuges nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals auswirken, in vorteilhafter Weise Berücksichtigung finden.

Einerseits wird erfindungsgemäß also in solchen Situationen eine an sich nicht notwendige bzw. unerwünschte zusätzliche Verzögerung durch ein nachgebildetes Motorschleppmoment ver mieden; dies verhindert eine negative Beeinträchtigung des Fahrkomforts, da der Fahrer gegebenenfalls situationsabhängig versucht, die ungewollte zu starke Verzögerung durch eine erneute Fahrpedalbetätigung zu kompensieren, und vermeidet insbesondere die mit der ungewollten starken Verzögerung bzw. dem nachfolgenden Beschleunigen des Fahrzeuges verbundene un nötige Inanspruchnahme der in dem Energiespeicher des Fahr zeuges mitgeführten Energie. Die Ausnutzung der kinetischen Energie des Fahrzeuges ohne regeneratives Bremsen wirkt sich in jedem Fall vorteilhafter auf einen geringen Energiever brauch des Fahrzeuges aus und erweitert somit in vorteilhaf ter Weise die elektrische Reichweite als eine wie auch immer geartete Rekuperation der Bremsenergie, da dieser Vorgang in folge des Wirkungsgrades beim Rückspeisen mit elektrischen Verlusten verbunden ist. Ein in diesem Sinne unerwünschtes zu starkes Abbremsen bzw. Wiederbeschleunigen wird jedoch durch die Abhängigkeit des Einsatzes des nachgebildeten Motor schleppmomentes von einem Mindestwert einer Drehzahlsteige rung bzw. einer Geschwindigkeitssteigerung oder einer Motor drehzahlbeschleunigung bzw. einer Fahrzeuggeschwindigkeitsbe schleunigung des Fahrzeuges gegenüber der beim bzw. nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals jeweils vorliegen den Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit in vorteilhaf ter Weise vermieden.

Andererseits wird erfindungsgemäß durch ein nachgebildetes Motorschleppmoment ein nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals durch äußere Kräfte hervorgerufenes Beschleunigen des Fahrzeuges vermieden; es kann somit generell nach dem Los lassen des Fahrpedals bzw. des Bremspedals von außen auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigungs- und Verzögerungskräf ten entgegengewirkt werden.

Zweckmäßigerweise ist die Motorbremscharakteristik, insbeson dere zur Vermeidung von unkontrollierten Regelschwankungen, derart gewählt, daß das Motorschleppmoment erst oberhalb ei ner Mindestdrehzahl des Elektromotors bzw. einer Mindestge schwindigkeit des Fahrzeuges einsetzt. Die Charakteristik des Bremsstromverlaufes in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors bzw. der Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung derart gewählt, daß der Bremsstrom zunächst, vorzugsweise konti nuierlich, ansteigt und nach Erreichen eines vorgebbaren ma ximalen Motorbremsstroms im wesentlichen konstant bleibt; das Steigungsmaß des Bremsstromes im ersten Drehzahlbereich bzw. der Absolutwert des maximalen Bremsstroms kann jedoch mittels weiterer Parameter jeweils veränderlich sein.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Ausfüh rungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zei gen:

Fig. 1 einen beispielhaften Verlauf des Motorbremsstromes zur Einstellung eines Schleppmomentes in Abhängigkeit von Motordrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit;

Fig. 2 den Bremsstromeinsatz erst nach einem Mindestwert ei ner Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssteigerung nach dem Loslassen des Fahrpedals;

Fig. 3 den Bremsstromeinsatz erst nach einem Mindestwert einer Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssteigerung nach dem Loslassen des Bremspedals;

Fig. 4 die Abhängigkeit des Mindestwertes der Motordrehzahl- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitssteigerung bzw. der Bremsstromsteigerung von der jeweiligen Drehzahl bzw. Geschwindigkeit nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals;

Fig. 5 in einem Blockschaltbild die Einstellung des Motor schleppmomentes mittels eines P-Reglers;

Fig. 6 in einem Blockschaltbild die Einstellung des Motor schleppmomentes mittels eines PI-Reglers.

Fig. 1 zeigt den Verlauf des Bremsstromes I_B in Abhängigkeit von der Drehzahl n des Elektromotors bzw. der Fahrzeugge schwindigkeit v beginnend bei einer Drehzahl n₁ bzw. einer Fahrzeuggeschwindigkeit v₁. Die Charakteristik des Brems stroms in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n bzw. der Fahr zeuggeschwindigkeit v ist nach einer Ausgestaltung der Erfin dung derart gewählt, daß der Bremsstrom und damit das dadurch nachgebildete Motorschleppmoment zunächst vorzugsweise kon tinuierlich bis zu einem maximalen Motorbremsstrom I_Bmax bei einer Motordrehzahl n₂ bzw. einer Fahrzeuggeschwindigkeit v₂ ansteigt und dann konstant verbleibt.

Fig. 2 zeigt ein nachgebildetes Motorschleppmoment, bei dem ein erhöhter Fahrkomfort und eine gleichzeitige Schonung der in dem mitgeführten Fahrzeugenergiespeicher enthaltenen Ener gie dadurch möglich ist, daß der Einsatz des Bremsstromes I_B und damit der Beginn des Motorschleppmomentes erst nach einem Mindestwert für eine Differenz der Motordrehzahl Δn bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit Δv einsetzt und damit andere nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals von außen auf das Fahrzeug wirkende Faktoren berücksichtigt werden. Die derart optimierte Ausnutzung der kinetischen Energie des Fahrzeuges ohne auf die Nachbildung eines Motorschleppmomentes in ge wollten Situationen verzichten zu müssen, wird dadurch er reicht, daß die nach dem Loslassen des Fahrpedals vorliegende Motordrehzahl n₀ bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit v₀ abgespei chert und der Einsatz des nachgebildeten Motorschleppmomentes in einen Motordrehzahlpunkt n₁* bzw. Fahrzeuggeschwindig keitspunkt v₁* verschoben wird, wobei die Mindestwerte der Steigerung, d. h. die Differenzwerte Δn der Motordrehzahl bzw. Δv der Fahrzeuggeschwindigkeit, frei parametrierbar sind. In einem solchen Fall wird dann der maximale Bremsstrom I_Bmax bei einer höheren Motordrehzahl n₂* bzw. höheren Fahrzeugge schwindigkeit v₂* erreicht.

In ähnlicher Weise wie zuvor anhand von Fig. 2 für das Loslas sen des Fahrpedals beschrieben, ist nach einer weiteren, an hand von Fig. 3 erläuterten Ausgestaltung der Erfindung eine dementsprechende Anpassung des Einsetzens des Motorbrems stroms und damit des nachgebildeten Motorschleppmomentes auch beim Loslassen eines zuvor betätigten Bremspedals vorgesehen. Dazu wird die beim Loslassen des Bremspedals jeweils vorlie gende Motordrehzahl n_0B bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit v_0B wie derum abgespeichert und die Motorbremscharakteristik um einen wiederum frei parametrierbaren Betrag Δn_B bzw. Δv_B zum Ein satzpunkt n_1B* bzw. v_1B* mit Erreichung des maximalen Brems stromes bei n_2B* bzw. v_2B* verlegt. Dadurch wird auch nach dem Loslassen des Bremspedals der zuvor in Verbindung mit dem Loslassen des Fahrpedals beschriebene erhöhte Fahrkomfort und die gleichzeitige Schonung der mitgeführten Energie erzielt. Der jeweilige Einsatz des nachgebildeten Motorschleppmomentes ist erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Erreichen eines Min destwertes einer Motordrehzahlsteigerung bzw. einer Geschwin digkeitssteigerung des Fahrzeuges nach dem Loslassen des Bremspedals vorgesehen.

Fig. 4 zeigt eine zusätzliche Einflußnahme auf die Motorbrems charakteristik, derart daß die Steigung des Bremsstromes I_B, d. h. seine Zunahme pro Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsein heit, bzw. derart daß die Mindestdrehzahlsteigerung Δn bzw. die Mindestgeschwindigkeitssteigerung Δv bis zum Einsetzen des nachgebildeten Motorschleppmomentes in Abhängigkeit ge stellt ist von der jeweils nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. des Bremspedals vorliegenden Motordrehzahl bzw. Fahr zeuggeschwindigkeit. So zeigt Fig. 4 im linken Teil eine stei lere Zunahme des Bremsstromes I_B und eine geringere Mindest drehzahlsteigerung Δn bzw. Mindestgeschwindigkeitssteigerung Δv bei einer kleineren Motordrehzahl n₀ bzw. Fahrzeugge schwindigkeit v₀ und im rechten Teil eine flachere Steige rung des Bremsstromes sowie eine größere Mindestdrehzahlstei gerung Δn bzw. Mindestgeschwindigkeitssteigerung Δv bei einer höheren Motordrehzahl n₀ bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit v₀ im Fall des Loslassens des Fahrpedals bzw. Bremspedals.

Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann auch eine Veränderung des in den Zeichnungen mit konstanter Höhe ange nommenen maximalen Bremsstromes I_Bmax in Abhängigkeit von der jeweiligen Motordrehzahl n₀ bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit v₀ beim Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals vorgesehen sein. Als weiterer Parameter für die Festlegung der jeweili gen Bremscharakteristik kann anstelle der nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals vorliegenden Motordrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit auch der jeweilige Beschleungi gungswert, d. h. die Drehzahlsteigerung bzw. Geschwindigkeits steigerung in einer Zeiteinheit, als Grundlage vorgesehen werden.

Fig. 5; 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele in schematisch dar gestellten Blockschaltbildern zur Festlegung der Parameter des Bremsstromes I_B in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit v mittels eines Proportio nal-Reglers P mit Strombegrenzer B nach Fig. 5 bzw. eines Proportional-Integral-Reglers PI mit Strombegrenzer B nach Fig. 6. Die Regler P bzw. PI erhalten ihre jeweiligen Sollwerte aus der Summe der beim Loslassen des Fahrpedals bzw. Brems pedals jeweils vorliegenden Motordrehzahl n₀ bzw. Fahrzeug geschwindigkeit v₀ und der Mindestdrehzahlsteigerung Δn bzw. Mindestfahrzeuggeschwindigkeitssteigerung Δv. Als Istwert wird den Reglern P bzw. PI der Absolutwert der Motordrehzahl n bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit v zugeführt. Der Ausgang der Regler P bzw. PI wird jeweils mittels eines Strombegrenzers B auf den maximalen Motorbremsstrom I_Bmax begrenzt. Durch die Verstärkungsfaktoren k_p bzw. k_i der jeweiligen Regler P bzw. PI wird das Steigungsmaß des Bremsstromes I_B definiert.

Claims

1. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für ein von einem Elektro motor antreibbares Fahrzeug

- mit jeweils bei Loslassen des zuvor betätigten Fahrpedals bzw. des zuvor betätigten Bremspedals des Fahrzeuges durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors nach bildbarem Motorschleppmoment;
- mit einer Charakteristik des Motorschleppmomentes in Ab hängigkeit von einem einer jeweiligen Motordrehzahl (n) bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zuordbaren Motorbrems strom (I_B = f(n; v)) oder dergleichen;
- mit einem Einsatz des nachgebildeten Motorschleppmomentes in Abhängigkeit vom Erreichen eines Mindestwertes einer Motordrehzahlsteigerung (Δn) bzw. einer Fahrzeuggeschwin digkeitssteigerung (Δv) nach dem Loslassendes Fahrpedals bzw. des Bremspedals.

2. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für ein von einem Elektro motor antreibbares Fahrzeug

- mit jeweils bei Loslassen des zuvor betätigten Fahrpedals bzw. des zuvor betätigten Bremspedals des Fahrzeuges durch entsprechende Ansteuerung des Elektromotors nach bildbarem Motorschleppmoment;
- mit einer Charakteristik des Motorschleppmomentes in Ab hängigkeit von einem einer jeweiligen Motordrehzahl (n) bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit (v) zuordbaren Motorbrems strom (I_B = f(n; v)) oder dergleichen;
- mit einem Einsatz des nachgebildeten Motorschleppmomentes in Abhängigkeit vom Erreichen eines Mindestwertes einer Motordrehzahlbeschleunigung bzw. einer Fahrzeuggeschwin digkeitsbeschleunigung nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. des Bremspedals.

3. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach Anspruch 1

- mit einer Abhängigkeit des Einsatzes des nachgebildeten Motorschleppmomentes bzw. des Mindestwertes der Drehzahl steigerung (Δn) bzw. der Geschwindigkeitssteigerung (Δv) bzw. des Steigungsmaßes des Bremsstromes (I_B) bzw. des Maximalwertes (I_Bmax) des Bremsstromes vom jeweiligen Ab solutwert der Motordrehzahl (n₀) bzw. der Fahrzeugge schwindigkeit (v₀) nach dem Loslassen des Fahrpedals bzw. Bremspedals.

4. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1-3

- mit einer Charakteristik im Sinne eines erst bei einer Motormindestdrehzahl (n₁) bzw. einer Fahrzeugmindestge schwindigkeit (v₁) einsetzenden Motorschleppmomentes.

5. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1-4

- mit einer Charakteristik im Sinne eines in einem ersten Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbereiches (n₁ < n < n₂), insbesondere kontinuierlich, ansteigenden und nach Errei chen eines maximalen Motorbremsstromes (I_Bmax) im wesent lichen konstanten Motorschleppmomentes in einem an schließenden zweiten Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbe reiches (v₁ < v < v₂).

6. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach Anspruch 5

- mit einem veränderlichen Steigungsmaß des Bremsstromes (I_B = f(n; v)) in dem ersten Drehzahlbereich bzw. Ge schwindigkeitsbereich.

7. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 6

- mit einem veränderlichen Maximalwert (I_Bmax) des Brems stromes (I_B) in dem zweiten Drehzahlbereich bzw. Ge schwindigkeitsbereich.

8. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1-7

- mit einem P-Regler zur Einstellung des Motorschleppmo ments in Abhängigkeit von der jeweiligen Motordrehzahl- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeits-Differenz bzw. von der je weiligen Motordrehzahl- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsbe schleunigung bzw. von dem jeweiligen Drehzahl- bzw. Ge schwindigkeits-Absolutwert.

9. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1-7

- mit einem PI-Regler zur Einstellung des Motorschleppmo ments in Abhängigkeit von der jeweiligen Motordrehzahl- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeits-Differenz bzw. von der je weiligen Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbeschleunigung bzw. von dem jeweiligen Drehzahl- bzw. Geschwindigkeits- Absolutwert.