WO1999058361A1

WO1999058361A1 - Verfahren zur steuerung eines kraftfahrzeuges mit elektroantrieb

Info

Publication number: WO1999058361A1
Application number: PCT/EP1999/002981
Authority: WO
Inventors: Thomas Voss; Bernd Müller; Bert Hellwig; Gerald Karch; Werner Wolfgang
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 1998-05-09
Filing date: 1999-05-03
Publication date: 1999-11-18
Also published as: US6313592B1; DE19820900A1; EP1077828A1; JP2002514880A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeuges mit Elektroantrieb, insbesondere eines Stadtbusses, bei dem eine oder mehrere Räder von einem Elektromotor angetrieben werden und der mit einer elektrischen Bremse und einer Steuerschaltung versehen ist, wobei bei Überschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwertes (1) der Drehzahl (n) des Elektromotors das Antriebsmoment (M) verringert und bei weiter zunehmender Erhöhung der Drehzahl (n) bis auf Null reduziert wird und dass bei Überschreiten eines zweiten vorgegebenen Schwellwertes (3) der Drehzahl (n), der grösser ist als der erste Schwellwert (1), die elektrische Bremse zugeschaltet wird, die mit zunehmender Drehzahlerhöhun bei Erreichen eines Grenzwertes (4) das maximale Bremsmoment ausübt.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit Elektroantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit Elektroantrieb, insbesondere eines Stadtbusses, bei dem eine oder mehrere Räder von einem Elektromotor angetrieben werden, und der mit einer elektrischen Bremse und einer Steuerschaltung versehen ist.

Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn ein Schadstoffaustoss vermieden werden soll. Dies ist insbesondere in Fabrikhallen und in Gemeinden bzw. Städten nicht nur bei Smoggefahr erwünscht. In manchen Gemeinden sind ganze Bereiche nur noch für Fahrzeuge mit Elektroantrieb zugelassen, wobei insbesondere Stadtbusse mit derartigen elektrischen Antrieben versehen werden.

Als Kraftquelle für den Elektroantrieb kommen dabei üblicherweise Bleiakumulatoren in Frage, an die Elektromotoren angeschlossen sind, welche die Räder des Kraftfahrzeuges antreiben. Als Elektromotoren für herkömmliche Fahrzeuge mit Elektroantrieb eignen sich Gleichstromneben- schlussmotoren, deren Drehzahl leicht steuerbar ist.

Werden Stadtbusse als reine Elektrofahrzeuge verwendet, die einfach auswechselbare Fahrzeugbatterien bzw. wie- deraufladbare Fahrzeugbatterien aufweisen, bedeuten die geringe Reichweite, das grosse Gewicht und das grosse Volumen dieser Akumulatorbatterien sowie deren begrenzte Speicherekapazität und die dadurch begrenzte Reichweite einen gewissen Nachteil. Aus diesem Grund wurden Hybridfahrzeuge vorgeschlagen, die zum einen einen Elektroantrieb mit Elektromotor und aufladbaren Fahrzeugbatterien aufweisen und zum anderen einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Generators, welcher die Fahrzeugbatterie auflädt. Hybridantrie- be haben gegenüber herkömmlichen reinen Elektroantrieben den Vorteil, dass die Probleme der begrenzten Reichweite und der langen Wiederaufladezeiten der Fahrzeugbatterien überbrückt werden können; jedoch lassen sich durch einen Hybridantrieb die Volumen- und Gewichtsprobleme nicht be- seitigen, sondern nehmen durch den zusätzlichen Verbrennungsmotor eher zu.

Ein Hybridfahrzeug ist aus der DE A 44 44 545 bekannt, wobei dieses Hybridfahrzeug eine Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs, einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs, eine Batterie zur Speisung des Elektromotors sowie einen vom Elektromotor verschiedenen Generator zum Aufladen der Batterie aufweist. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes Parallel-Hybridfahrzeug, bei dem das Aufla- den der Batterie über den Elektromotor erfolgt, der beim Antrieb des Fahrzeugs über die Verbrennungskraftmaschine als Generator schaltbar ist. Ein derartiges Parallel- Hybridfahrzeug ist also ein Fahrzeug, das ggf. für kurze Strecken (bis ca. 100 km) als reines Elektrofahrzeug einge- setzt werden kann, ansonsten aber als Fahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine konzipiert ist und überwiegend auch mit dieser eingesetzt wird.

Die DE A 195 23 985 offenbart eine Steuervorrichtung für ein derartiges Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor als Energiequellen, wobei Energie, die durch den Antriebsmotor erzeugt wird, an einen Motor/Generator über einen Generatorwechselrichter angelegt wird, so dass der Motor/Generator den Verbrennungsmotor antreibt, um an diesen eine Bremskraft anzulegen. Auf diese Weise wird Energie, die während des Nutzbremsens erzeugt wird und durch eine gesättigte Batterie nicht aufgenommen werden kann, z. B. bei einer Bergabfahrt des Fahrzeugs, verwendet, um das Bremsen des Fahrzeugs zu unterstützen. Dabei wird bei Bewegung des Fahrzeugs auf langer abschüssiger Neigung die regenerative Bremsung, d. h. die Nutzbremsung des Motors, zum Antreiben des Fahrzeuges verwendet und als Ergebnis das Laden der Batterie durch den Strom, der durch die Nutzbremsung erzeugt wird, unterstützt, wobei die Batterie ihren Sättigungszustand leicht erreicht. Dementsprechend kann, selbst wenn der regenerative Betrieb des Motors durchgeführt wird, nachdem die Batterie den Ladesät- tigungszustand erreicht hat, letztere nicht mehr geladen werden; ihr Strompegel ist entsprechend verringert und die Bremskraft des Motors dadurch niedriger.

Ein weiteres Problem bei Kraftfahrzeugen mit einem Elektroantrieb ist darin zu sehen, dass der Elektroantrieb eine maximale zulässige Drehzahl nicht überschreiten darf, da nur bis zu dieser die mechanische Festigkeit gewährleistet ist. Bei Elektrofahrzeugen ist aber die Drehzahl des Antriebs über die Strasse mit der Fahrgeschwindigkeit ge- koppelt. Unter bestimmten Eahrsituationen, beispielsweise bei länger dauernder Bergabfahrt, besteht jedoch die Gefahr, dass diese zulässige Drehzahl überschritten wird, obwohl kein Antriebsmoment die Räder beaufschlagt und zwar insbesondere bei Fahrzeugen mit hohem Gewicht und geringer Höchstgeschwindigkeit, wie es bei Stadtbussen aufgrund der physikalischen Gesetzmässigkeiten der Fall ist. Durch das hohe Gewicht treten entsprechende Hangabtriebskräfte auf, während sich aufgrund der relativ geringen Höchstgeschwin- digkeit gleichzeitig ein entsprechend geringer Fahrtwiderstand dem entgegenstellt, so dass eine weitere Geschwindig- keits- und damit auch Drehzahlzunähme über die maximal zulässige Drehzahlgrenze auftreten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeuges vorzuschlagen, welches dieses Überschreiten der maximalen Drehzahlgrenze sicher verhindert.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs näher genannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmalen.

Das erfindungsgemässe Verfahren, das den Vorteil bietet, mit geringem Bauaufwand, über eine einfache elektrische Ansteuerung des Elektroantriebes zu verhindern, dass bei ungünstigen Gegebenheiten, wie z. B. länger dauernder Bergabfahrt, die maximal zulässige Drehzahlgrenze des Elektro- antriebs überschritten wird, eignet sich, sowohl für Kraftfahrzeuge mit reinem Elektroantrieb als auch für Hybridfahrzeuge während des alleinigen Einsatzes ihres Elektromotors, d. h. bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; in der einzigen Figur ist ein Diagramm dargestellt, in dem an der Abszisse die Drehzahl und an der Ordinate das Antriebsmoment abgetragen sind.

Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, wird bei Überschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwertes 1 der Drehzahl n des Elektromotors des Eahrzeugs das Antriebsmo- ment M verringert und bei weiter zunehmender Erhöhung der Drehzahl n bis auf Null reduziert, wie es durch das Bezugszeichen 2 dargestellt ist.

Überschreitet nun die Drehzahl n des Elektromotors in Folge langandauerender Bergabfahrt einen zweiten vorgegebenen Schwellwert 3 der Drehzahl n, der grösser ist als der erste Schwellwert 1, so wird die elektrische Bremse zugeschaltet, die mit zunehmender Drehzahlerhöhung bis zur Ausübung des maximalen Bremsmomentes 4 betätigt wird.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren, bei dem also beim Überschreiten einer ersten Drehzahlgrenze 1 in Abhängigkeit von einer weiteren Drehzahlernöhung das Antriebsmoment M bis auf Null reduziert wird, während bei weiterer Drehzahlerhöhung die automatische Zuschaltung der elektrischen Bremse erfolgt, die bei weiter zunehmender Drehzahl bis auf das maximale elektrische Bremsmoment gesteuert wird, kann auf besonders einfache Art und Weise verhindert werden, dass damit ausgerüstete Kraftfahrzeuge, insbesonde- re Stadtbusse, bei entsprechend auftretenden Hangabtriebskräften die maximal zulässige Drehzahlgrenze überschreiten.

Bezugszeichen

1 Schwellwert

2 Grenzwert

3 Schwellwert

4 Grenzwert

n Drehzahl

M Antriebsmoment

Claims

P a t e n t a n s p r u c h

Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeuges mit Elek- troantrieb, insbesondere eines Stadtbusses, bei dem eine oder mehrere Räder von einem Elektromotor angetrieben werden und der mit einer elektrischen Bremse und einer Steuerschaltung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwertes (1) der Drehzahl (n) des Elektromotors das Antriebsmoment (M) verringert und bei weiter zunehmender Erhöhung der Drehzahl (n) bis auf Null reduziert wird und dass bei Überschreiten eines zweiten vorgegebenen Schwellwertes (3) der Drehzahl (n) , der grösser ist als der erste Schwellwert (1) die elektrische Bremse zugeschaltet wird, die mit zunehmender Drehzahlerhöhung bei Erreichen eines Grenzwertes (4) das maximale Bremsmoment ausübt.