EP3010773A1 - Verfahren zur bedarfsgerechten steuerung bzw. regelung des rekuperationsmoments einer im generatorbetrieb arbeitenden elektrischen maschine eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur bedarfsgerechten steuerung bzw. regelung des rekuperationsmoments einer im generatorbetrieb arbeitenden elektrischen maschine eines fahrzeugs

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EP3010773A1
EP3010773A1 EP14725691.1A EP14725691A EP3010773A1 EP 3010773 A1 EP3010773 A1 EP 3010773A1 EP 14725691 A EP14725691 A EP 14725691A EP 3010773 A1 EP3010773 A1 EP 3010773A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
algorithm
speed
account
taken
Prior art date
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Withdrawn
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EP14725691.1A
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Johannes GRUNDHERR
Oliver Schoerrig
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
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    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the features of claim 1.
  • the object of the invention is a method for demand-driven control or regulation of an existing in the vehicle, working as a generator electrical machine, with the "unnecessary energy conversion losses" as far as possible avoided.
  • the starting point of the invention is the consideration, the "recuperation" or the force exerted by the electric machine in the generator operation on the drive of the vehicle recuperation (braking torque) situational, ie proactive, so to control or regulate that actuation of the service brake (z B. hydraulic brake) or an unnecessarily strong regenerative deceleration associated with unnecessarily early renewed gas giving is avoided.
  • the invention relates to a method for demand-controlled or regulation of the recuperation torque which is generated by an electric machine of a vehicle operating in generator operation during overrun of the vehicle.
  • the electric machine may be a machine with which vehicle propulsion can be generated.
  • a conventional, purely internal combustion engine driven vehicle it may also be a z. B. via a belt drive with the internal combustion engine coupled "alternator" act, which has only the function of a generator.
  • the core of the invention consists in an evaluation algorithm, by means of which situations can be detected in a forward-looking manner, in which the vehicle must be braked, and in a demand-oriented control or regulation of the recuperation torque. Specifically, it is detected based on a predetermined algorithm, whether on the upcoming route the speed of the vehicle should be reduced to a lower speed than the current speed, or must be reduced.
  • the "Forward-looking horizon" of this algorithm for example, are a few kilometers in the range of tens of meters and some.
  • a recommendation is issued to the driver to "take gas off.”
  • the recommendation may For example, via an optical display, such as a warning light, a display, a virtual display (so-called head-up display), via an acoustic signal transmitter or via a haptic signal generator (eg a vibrating component) delivered become.
  • recuperation torque is controlled or regulated so that the vehicle reaches the lower speed without operating the service brake when the anticipated situation occurs.
  • the vehicle has to be decelerated more, d. H. If the lower speed can not be achieved by regenerative braking until the situation in question occurs, it can be provided that the maximum possible regenerative braking power is braked, ie. H. that the recuperatively producible vehicle deceleration is maximized. In the latter case, the driver would then additionally use the wear-prone service brake in order to be able to decelerate the vehicle to the lower (setpoint) speed.
  • the invention is not limited to cars or trucks, but also z. B. could be used in motorcycles or in rail vehicles or other vehicles.
  • the algorithm takes into account or evaluates a large number of "environment information.”
  • the algorithm evaluates route information of the route to be traveled by the vehicle a few tens of meters (eg 50m) and a few kilometers (eg 1 - 2 km).
  • route information may be provided, for example, by a navigation system.
  • the navigation system is preferably a navigation system permanently installed in the vehicle. If a destination has been programmed into the navigation system, route information can be taken directly from the programmed route.
  • individual route information can be detected by means of a camera system of the vehicle and evaluated by means of evaluation electronics and supplied to the algorithm.
  • B. ultrasound, radar or Lidarsensoren can be provided, for example
  • stop lines eg traffic lights
  • the algorithm may consider whether a slope or a slope or a substantially flat course is imminent.
  • a vehicle travels at a speed of 80 km / h to a section on which a speed limit of, for example, 60 km / h exists, the driver can use it for example.
  • an electric machine located in the vehicle is controlled or regulated so that the generator torque (braking torque) generated by the electric machine (if possible) as a generator until reaching the speed-limited section on the decelerates permissible maximum speed.
  • the generator torque is thus generated as needed, which improves the efficiency of the vehicle.
  • the later the driver follows a recommendation to go from the gas the greater the regenerative braking power that is regulated or regulated. For example, it can be provided that is braked with 70% of the applicable regenerative braking torque when a desired speed is to be reached after 100m or with the maximum achievable regenerative braking torque when a desired speed is to be achieved after 70m.

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Abstract

Verfahren zur bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung des Rekuperationsmoments, das von einer im Generatorbetrieb arbeitenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs im Schubbetrieb des Fahrzeugs erzeugt wird, mit folgenden Schritten: - Detektieren, auf Basis eines vorgegebenen Algorithmus', einer bevorstehenden Situation, in der die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine niedrigere Geschwindigkeit als die momentane Geschwindigkeit verringert sein sollte, - Ausgeben einer an den Fahrer gerichteten Empfehlung, Gas wegzunehmen, wenn der zu erwartende Eintritt einer solchen Situation detektiert worden ist, und, - wenn der Fahrer Gas weggenommen hat, - Steuern oder Regeln des Rekuperationsmoments derart, dass das Fahrzeug beim Eintreten der Situation die niedrigere Geschwindigkeit ohne Betätigen der Betriebsbremse erreicht oder, wenn dies allein über das Rekuperationsmoment nicht erreichbar ist, - Maximieren der rekuperativ erzeugbaren Fahrzeugverzögerung.

Description

Verfahren zur bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung des Rekupe- rationsmoments einer im Generatorbetrieb arbeitenden elektrischen
Maschine eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Bei Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen aber auch bei herkömmlichen Fahrzeugen wird im Schubbetrieb über eine oder mehrere im Fahrzeug vorhandene elektrische Maschinen (elektrische Antriebsmaschinen bzw.„Lichtmaschinen") kinetische Energie des Fahrzeugs rekuperiert, d. h. in elektrische Energie umgewandelt und in einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs zwischengespeichert.
Wenngleich elektrische Maschinen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisen, geht sowohl bei der Umwandlung kinetischer Energie in elektrische Energie als auch bei der (Rück-)umwandlung elektrischer Energie in kinetische Energie des Fahrzeugs ein beträchtlicher Energieanteil verloren. Erfahrungsgemäß können nur ca. 80% der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie und ebenfalls nur ca. 80% der elektrischen Energie in kinetische Energie des Fahrzeugs rückumgewandelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung einer im Fahrzeug vorhandenen, generatorisch arbeitenden elektrischen Maschine zu schaffen, mit den „unnötige Energiewandlungsverluste" soweit wie möglich vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Überlegung, die„Rekuperationsstärke" bzw. das von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb auf den Antrieb des Fahrzeugs ausgeübte Rekuperationsmoment (Bremsmoment) situativ, d. h. vorausschauend, so zu steuern bzw. zu regeln, dass ein Betätigen der Betriebsbremse (z. B. hydraulische Bremse) bzw. ein unnötig starkes generatorisches Abbremsen verbunden mit unnötig frühem erneutem Gasgeben vermieden wird.
Konkret geht es bei der Erfindung um ein Verfahren zur bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung des Rekuperationsmoments, das von einer im Generatorbetrieb arbeitenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs im Schubbetrieb des Fahrzeugs erzeugt wird. Im Fall eines reinen Elektro- fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Maschine handeln, mit der Fahrzeugvortrieb erzeugt werden kann. Im Falle eines herkömmlichen, rein verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugs kann es sich bei der elektrischen Maschine auch um eine z. B. über einen Riementrieb mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte „Lichtmaschine" handeln, die ausschließlich die Funktion eines Generators hat.
Der Kern der Erfindung besteht in einem Auswertealgorithmus, mittels dem vorausschauend Situationen erkannt werden können, in denen das Fahrzeug abgebremst werden muss, und in einer bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung des Rekuperationsmoments. Konkret wird auf Basis eines vorgegebenen Algorithmus detektiert, ob auf der bevorstehenden Fahrtroute die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine niedrigere Geschwindigkeit als die momentane Geschwindigkeit verringert werden sollte, bzw. verringert werden muss. Der „Vorausschauhorizont" dieses Algorithmus' kann beispielsweise im Bereich zwischen einigen Zehnmetern und einigen wenigen Kilometern liegen.
Wenn mittels des vorgegebenen Algorithmus detektiert wird, dass der Eintritt einer Situation bevorsteht, in der die Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine niedrigere als die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit verringert werden sollte oder verringert werden muss, wird an den Fahrer eine Empfehlung ausgegeben, „Gas wegzunehmen". Die Empfehlung kann z. B. über eine optische Anzeige, wie z. B. eine Kontrollleuchte, ein Display, eine virtuelle Anzeige (sogenanntes Headup-Display), über einen akustischen Signalgeber oder auch über einen haptischen Signalgeber (z. B. eine vibrierende Komponente) abgegeben werden.
Wenn der Fahrer der Empfehlung Folge leistet und Gas weggenommen hat, wird das Rekuperationsmoment (sofern möglich) so gesteuert oder geregelt, dass das Fahrzeug beim Eintreten der vorausschauend erkannten Situation die niedrigere Geschwindigkeit ohne Betätigen der Betriebsbremse erreicht.
Muss das Fahrzeug stärker verzögert werden, d. h. kann die niedrigere Geschwindigkeit bis zum Eintritt der betreffenden Situation allein durch generatorisches Bremsen nicht erreicht werden, so kann vorgesehen sein, dass mit der maximal möglichen generatorischen Bremsleistung gebremst wird, d. h. dass die rekuperativ erzeugbare Fahrzeugverzögerung maximiert wird. Im letztgenannten Fall müsste der Fahrer dann zusätzlich die verschleißbehaftete Betriebsbremse einsetzen, um das Fahrzeug auf die niedrigere (Soll-)Geschwindigkeit abbremsen zu können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird mit der an den Fahrer gerichteten Empfehlung empfohlen, das Gas vollständig wegzunehmen. Sofern es sich bei dem Steuerorgan zum Gasgeben um ein Pedal handelt, müsste der Fahrer das Gaspedal also vollständig entlasten. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Pkw oder Lkw beschränkt ist, sondern auch z. B. bei Motorrädern oder auch bei Schienenfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen eingesetzt werden könnte.
Es kann vorgesehen sein, dass der Algorithmus eine Vielzahl von „Umgebungsinformationen" berücksichtigt bzw. auswertet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Algorithmus Routeninformationen der vom Fahrzeug zu durchfahrenden Route ausgewertet. Wie bereits erwähnt, kann der Vorausschauhorizont z. B. im Bereich zwischen einigen wenigen Zehnmetern (z. B. 50m) und einigen wenigen Kilometern (z. B. 1 - 2 km) liegen.
Relevante Routeninformationen können beispielsweise von einem Navigationssystem bereitgestellt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Navigationssystem um ein fest im Fahrzeug installiertes Navigationssystem. Sofern in das Navigationssystem ein Fahrziel einprogrammiert worden ist, können Routeninformationen unmittelbar der einprogrammierten Fahrtroute entnommen werden.
Alternativ oder ergänzend dazu können einzelne Routeninformationen mittels eines Kamerasystems des Fahrzeugs erfasst und mittels einer Auswerteelektronik ausgewertet und dem Algorithmus zugeführt werden.
Durch Auswertung von Daten, die von einem Navigationssystem und/oder von einem Kamerasystem des Fahrzeugs und/oder von anderen Sensoren des Fahrzeugs, wie z. B. Ultraschall-, Radar- oder Lidarsensoren bereitgestellt werden, können beispielsweise
• bevorstehende Geschwindigkeitsbeschränkungen und/oder
• bevorstehende Kurven und/oder
• Radien bevorstehender Kurven und/oder • der Signalzustand einer auf der bevorstehenden Route befindlichen Ampel und/oder
• die Position von Haltelinien (z. B. vor Ampeln) und/oder
• Verkehrszeichen und/oder
• der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug
• und/oder die Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Fahrzeugs und/oder
• die Relativgeschwindigkeit zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder
• die Relativbeschleunigung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug berücksichtigt werden. Ferner kann von dem Algorithmus berücksichtigt wird, ob eine Gefällestrecke oder eine Steigung oder eine im Wesentlichen ebene Strecke bevorsteht.
Fährt ein Fahrzeug beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 80km/h auf einen Streckenabschnitt zu, auf dem eine Geschwindigkeitsbeschränkung von beispielsweise 60km/h besteht, so kann der Fahrer hierüber z. B. 100 oder 200m vor der Geschwindigkeitsbeschränkung informiert werden, mit der Empfehlung, vom Gas zu gehen.
Befolgt der Fahrer die Empfehlung und entlastet das Gas, so wird eine im Fahrzeug befindliche elektrische Maschine so gesteuert bzw. geregelt, dass das von der elektrischen Maschine erzeugte Generatormoment (Bremsmoment) das Fahrzeug (sofern möglich) generatorisch bis zum Erreichen des geschwindigkeitsbeschränkten Streckenabschnitts auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit abbremst. Gemäß der Erfindung wird das Generatormoment also bedarfsgerecht erzeugt, wodurch sich der Wirkungsgrad des Fahrzeugs verbessert. Je später der Fahrer einer Empfehlung vom Gas zu gehen Folge leistet, umso größer ist die eingesteuerte bzw. eingeregelte generatorische Bremsleistung. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mit 70% des aufbringbaren generatorischen Bremsmoments gebremst wird, wenn eine gewünschte Geschwindigkeit nach 100m erreicht werden soll bzw. mit dem maximal erreichbaren generatorischen Bremsmoment, wenn eine gewünschte Geschwindigkeit nach 70m erreicht werden soll.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur bedarfsgerechten Steuerung bzw. Regelung des Rekupe- rationsmoments, das von einer im Generatorbetrieb arbeitenden elektrischen Maschine eines Fahrzeugs im Schubbetrieb des Fahrzeugs erzeugt wird, mit folgenden Schritten:
- Detektieren, auf Basis eines vorgegebenen Algorithmus', einer bevorstehenden Situation, in der die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine niedrigere Geschwindigkeit als die momentane Geschwindigkeit verringert sein sollte,
- Ausgeben einer an den Fahrer gerichteten Empfehlung, Gas wegzunehmen, wenn der zu erwartende Eintritt einer solchen Situation detektiert worden ist, und,
- wenn der Fahrer Gas weggenommen hat,
- Steuern oder Regeln des Rekuperationsmoments derart, dass das Fahrzeug beim Eintreten der Situation die niedrigere Geschwindigkeit ohne Betätigen der Betriebsbremse erreicht oder, wenn dies allein über das Rekuperationsmoment nicht erreichbar ist,
- Maximieren der rekuperativ erzeugbaren Fahrzeugverzögerung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrer mit der Empfehlung empfohlen wird, das Gas vollständig wegzunehmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus Routeninformationen der vom Fahrzeug zu durchfahrenden Route ausgewertet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Routeninformationen von einem Navigationssystem des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Routeninformationen auf Basis einer in das Navigationssystem einprogrammierten Zielroute bereitgestellt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Routeninformationen mittels eines im Fahrzeug installierten Kamerasystems erfasst und mittels einer Auswerteelektronik des Fahrzeugs ausgewertet und dem Algorithmus zugeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus bevorstehende Geschwindigkeitsbeschränkungen berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus bevorstehende Kurven und/oder Radien bevorstehender Kurven berücksichtigt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus berücksichtigt wird, ob eine Gefällestrecke, eine Steigung oder eine im Wesentlichen ebene Strecke bevorsteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus der Signalzustand von einer auf der bevorstehenden Route befindlichen Ampel berücksichtigt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus die Position einer Haltelinie bzw. die Entfernung zu einer Haltelinien, insbesondere einer Haltelinie vor einer Ampel berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus Verkehrszeichen, insbesondere die Entfernung zu bestimmten, auf der bevorstehenden Route befindlichen Verkehrszeichen berücksichtigt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Algorithmus der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder die Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Fahrzeugs und/oder die Relativgeschwindigkeit in Bezug auf ein vorausfahrendes Fahrzeug berücksichtigt und/oder die Relativbeschleunigung in Bezug auf ein vorausfahrendes Fahrzeug berücksichtigt wird.
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