WO2003072411A1 - Einrichtung zur energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes bremssystem - Google Patents

Einrichtung zur energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes bremssystem Download PDF

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WO2003072411A1
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energy
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assisted braking
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Christof Gross
Hans-Jürgen Meier
Roger Zimmermann
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Daimlerchrysler Ag
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    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive

Definitions

  • the invention relates to a device for energy supply for an electrically assisted braking system with an on-board electrical system, comprising an on-board electrical system generator, a battery and consumers.
  • Electrically assisted brake systems do not receive the energy required for brake delivery from the movement of the driver's foot, but directly or indirectly in electrical form.
  • the electrical supply to the electrically assisted braking system takes place via the vehicle's electrical system. It must be taken into account that the electrically assisted braking system is subject to the failure rates and undervoltage or overvoltage risks of the vehicle electrical system. Different approaches try to overcome the problem.
  • a hybrid drive system for vehicles which comprises at least one electric motor (eg wheel hub motor) that can be coupled to a drive wheel, an internal combustion engine and an electrical machine that can be mechanically coupled to the internal combustion engine and that can be operated as a generator in traction mode.
  • An electrical coupling between the generator and the electric motors is operated during braking in such a way that the electrical power generated by the electric motors is used for motor operation of the generator and is converted into a braking torque in the form of a hydrodynamic retarder by feeding into a braking device that can be coupled to the generator , In the "braking" state there is no mechanical connection between the internal combustion engine and the wheels.
  • the braking torque is generated by the generator.
  • an energy supply device for a vehicle brake which comprises a generator, a memory for the vehicle electrical system, an electrical brake line network and an additional high-current capable memory, a current limiter being arranged between the brake line network and the vehicle electrical system. This ensures that the briefly required high braking power does not overload the vehicle electrical system.
  • the invention is based on the object of specifying a device for supplying energy for an electrically assisted brake system with an on-board electrical system, comprising an on-board electrical system generator, a battery and consumers, with a simple structure and particularly favorable energy utilization.
  • a device for energy supply for an electrically assisted braking system with an on-board electrical system comprising an on-board electrical system generator, a battery and consumers, according to the invention at least one additional generator permanently coupled on the wheel side directly to the drive train for converting a portion of the kinetic energy of the vehicle is provided in electrical energy for the energy supply of the electrically assisted braking system.
  • the kinetic energy of the vehicle is used to support the driver operating force, ie the energy which the system is intended to regulate or convert to heat. Due to the direct mechanical coupling of the additional generator to the drive train, no further additional electrical components are required for the device for energy supply, which provide the energy for the additional generator.
  • the system design thus proves to be particularly simple.
  • the conventional electrical system is used to supply the electrically assisted braking system primarily when starting the vehicle, here the required voltage level is built up, when starting off and at low speeds. If the auxiliary generator fails, the on-board electrical system provides a redundant energy supply for the electro-hydraulic brake system. Parallel operation of the vehicle electrical system and additional generator is also possible.
  • the figure shows the drive system 2 of a motor vehicle, comprising an internal combustion engine 4 and wheels 6, which are mechanically connected to one another via a clutch 8 and a drive train 30.
  • the vehicle is driven by the internal combustion engine 4 via an automatic transmission or a manual transmission.
  • the clutch 8 is closed, there is a mechanical connection between the wheels 6 and the internal combustion engine 4.
  • the on-board electrical system 10 comprises an on-board electrical system generator 12, a battery 14 and consumers 16. Via a brake line network 18, in which an amplifier 20 is connected, the on-board electrical system 10 feeds electrical energy into an electrically assisted brake system 22. Further details on an electrically assisted braking system can be found in DE 195 40 265 AI.
  • An additional generator 24 is mechanically coupled directly to the drive train 30 on the wheel side. The coupling thus takes place between the clutch 8 and the wheels 4 and is separated from the internal combustion engine 4 by the clutch 8. The additional generator 24 continuously converts a portion of the kinetic energy of the vehicle into electrical energy for the energy supply of the electrically assisted braking system 22.
  • Energy of the additional generator 24 is also fed into the electrically assisted brake system 22 via the brake line network 18.
  • the dimensioning of the additional generator 24 is determined by the current consumption of the electrically assisted brake system 22 to be fed.
  • the function of the safety-relevant system is thus independent of the state of the vehicle electrical system 10 with the battery 14.
  • one additional generator can be provided per brake, per brake circuit or for the entire brake system.
  • the energy supply to the electrically assisted brake system 22 can thus take place depending on the operating state via the vehicle electrical system and / or via the additional generator 24.
  • the additional generator 24 is solely responsible for the energy supply of the electrically assisted brake system 22 above a predetermined upper speed threshold of the vehicle. For example, a value of 40 km / h can be specified as the upper speed threshold.
  • an energy supply for the electrically assisted braking system 22 via the vehicle electrical system 10 is provided below a lower speed threshold, for example at a value of 20 km / h for the lower speed threshold, or when the vehicle is at a standstill.
  • Mixed operation can be provided in the speed range between the two thresholds.
  • the upper and lower threshold can also coincide.
  • the vehicle electrical system 10 takes over the energy supply of the electrically assisted brake system 22 until the vehicle is brought into a secure state.
  • the auxiliary generator 24 can supply the vehicle electrical system 10 in a network operation.
  • a buffer memory is connected in parallel with the additional generator in order to absorb power peaks.
  • the actual braking torque is generated mechanically by the brake calipers 26 known from the conventional brake systems of a vehicle on the disks of the brake system.
  • the electrically supported brake system uses the electrical energy of the additional generator only as energy to generate the hydraulic pressure in the pressure accumulator and to control and regulate the valves in the hydraulic circuit.

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Abstract

Bei der vorliegenden Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem (22) mit einem Bordnetz (10), umfassend einen Bordnetzgenerator (12), eine Batterie (14) und Verbraucher (16), ist mindestens ein radseitig unmittelbar an den Antriebsstrang (30) gekoppelter Zusatzgenerator (24) zur Umwandlung eines Anteils der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird mit nur geringem Aufwand eine im wesentlichen vom Bordnetz unabhängige Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) erreicht.

Description

Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem mit einem Bordnetz, umfassend einen Bordnetzgenerator, eine Batterie und Verbraucher.
Elektrisch unterstützte Bremssysteme erhalten die zur Bremszustellung erforderliche Energie nicht aus der Bewegung des Fahrerfußes, sondern direkt oder indirekt in elektrischer Form. Bei herkömmlichen Systemauslegungen erfolgt die elektrische Versorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems über das Bordnetz des Fahrzeugs. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das elektrisch unterstützte Bremssystem den Ausfallraten und Unter- bzw. Überspannungsrisiken des Bordnetzes unterliegt. Verschiedene Ansätze versuchen das Problem zu ü- berwinden.
Aus der DE 197 29 033 Cl ist ein Hybridantriebssystem für Fahrzeuge bekannt, welches wenigstens einen mit einem Antriebsrad koppelbaren Elektromotor (z.B. Radnabenmotor), eine Verbrennungskraftmaschine und eine mit der Verbrennungskraftmaschine mechanisch koppelbare und im Traktionsbetrieb als Generator betreibbare elektrische Maschine umfasst. Eine e- lektrische Kopplung zwischen dem Generator und den Elektromotoren wird beim Bremsen derart betrieben, dass die durch die Elektromotoren erzeugte elektrische Leistung zum Motorbetrieb des Generators genutzt und durch Einspeisung in eine mit dem Generator koppelbare Bremseinrichtung in Form eines hydrodynamischen Retarders in ein Bremsmoment umgewandelt wird. Im Zustand „Bremsen" gibt keine mechanische Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und den Rädern. Das Bremsmoment wird durch den Generator erzeugt.
Außerdem ist aus der DE 195 40 265 AI eine Energieversorgungseinrichtung für eine Fahrzeugbremse bekannt, die einen Generator, einen Speicher für das Bordnetz, ein elektrisches Bremsleitungsnetz sowie einen zusätzlichen hochstromfähigen Speicher umfasst, wobei zwischen dem Bremsleitungsnetz und dem Bordnetz ein Strombegrenzer angeordnet ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die kurzzeitig erforderliche große Bremsleistung das Bordnetz nicht überlastet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem mit einem Bordnetz, umfassend einen Bordnetzgenerator, eine Batterie und Verbraucher, mit einem einfachen Aufbau und einer besonders günstigen Energieverwertung anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem mit einem Bordnetz, umfassend einen Bordnetzgenerator, eine Batterie und Verbraucher, wobei gemäß der Erfindung mindestens ein radseitig direkt an den Antriebsstrang permanent gekoppelter Zusatzgenerator zur Umwandlung eines Anteils der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur E- nergieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems wird zur Unterstützung der Fahrerbedienkraft die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt, d.h. diejenige Energie, die das System regeln oder in Wärme umwandeln soll. Aufgrund der unmittelbaren mechanischen Ankopplung des Zusatzgenerators an den Antriebs- sträng werden keine weiteren elektrotechnischen Zusatzkomponenten für die Einrichtung zur Energieversorgung benötigt, welche die Energie für den Zusatzgenerator zur Verfügung stellen. Die Systemauslegung erweist sich somit als besonders einfach.
Das herkömmliche Bordnetz dient zur Versorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems vorrangig beim Starten des Fahrzeuges, hier wird das benötigte Spannungsniveau aufgebaut, beim Anfahren und bei kleinen Geschwindigkeiten. Beim Ausfall des Zusatzgenerators sorgt das Bordnetz für eine redundante Energieversorgung des elektrohydraulischen Bremssystems. Auch ein Parallelbetrieb von Bordnetz und Zusatzgenerator ist möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in der einzigen Figur näher erläutert, wobei die Figur einen Ausschnitt eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung zeigt.
Die Figur zeigt das Antriebssystem 2 eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor 4 und Räder 6, die über eine Kupplung 8 und einen Antriebsstrang 30 mechanisch miteinander verbunden sind. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt durch den Verbrennungsmotor 4 über ein automatisches Getriebe bzw. ein Schaltgetriebe. Bei geschlossener Kupplung 8 besteht eine mechanische Verbindung zwischen den Rädern 6 und dem Verbrennungsmotor 4.
Das Bordnetz 10 umfasst einen Bordnetzgenerator 12, eine Batterie 14 und Verbraucher 16. Über ein Bremsleitungsnetz 18, in welches ein Verstärker 20 geschaltet ist, speist das Bordnetz 10 elektrische Energie in ein elektrisch unterstütztes Bremssystem 22 ein. Weitere Details zu einem elektrisch unterstützten Bremssystem sind der DE 195 40 265 AI entnehmbar. Ein Zusatzgenerator 24 ist radseitig mechanisch unmittelbar an den Antriebsstrang 30 gekoppelt. Die Ankopplung erfolgt somit zwischen der Kupplung 8 und den Rädern 4 und ist vom Verbrennungsmotor 4 durch die Kupplung 8 getrennt . Der Zusatzgenerator 24 wandelt laufend einen Anteil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems 22 um. Die elektrische
Energie des Zusatzgenerators 24 wird ebenfalls über das Bremsleitungsnetz 18 in das elektrisch unterstützte Bremssystem 22 eingespeist.
Die Dimensionierung des Zusatzgenerators 24 wird durch die Stromaufnahme des zu speisenden elektrisch unterstützten Bremssystems 22 bestimmt. Die Funktion des sicherheitsrelevanten Systems ist damit von dem Zustand des Bordnetzes 10 mit der Batterie 14 unabhängig.
Je nach Systemauslegung kann jeweils ein Zusatzgenerator pro Bremse, pro Bremskreis oder für die gesamte Bremsanlage vorgesehen sein.
Die Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems 22 kann somit abhängig vom Betriebszustand über das Bordnetz und/oder über den Zusatzgenerator 24 erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführung ist oberhalb einer vorgegebenen oberen Geschwindigkeitsschwelle des Fahrzeugs der Zusatzgenerator 24 allein für die Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems 22 zuständig. Als obere Geschwindigkeitsschwelle kann beispielsweise ein Wert von 40 km/h vorgegeben werden.
Entsprechend ist unterhalb einer unteren Geschwindigkeits- schwelle, beispielsweise bei einem Wert von 20 km/h für die untere Geschwindigkeitsschwelle, oder bei Stillstand des Fahrzeugs eine Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems 22 über das Bordnetz 10 vorgesehen. In dem Geschwindigkeitsbereich zwischen den beiden Schwellen kann ein Mischbetrieb vorgesehen sein. Obere und untere Schwelle können auch zusammenfallen.
Bei einem Ausfall des Zusatzgenerators 24 übernimmt das Bordnetz 10 die Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems 22 bis zur Überführung des Fahrzeugs in einen gesicherten Zustand.
Umgekehrt kann bei einem Ausfall des Bordnetzgenerators 12 der Zusatzgenerator 24 in einem Netzbetrieb das Bordnetz 10 speisen.
In einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Pufferspeicher dem Zusatzgenerator parallel geschaltet, um Leistungsspitzen aufzufangen.
Das eigentliche Bremsmoment wird durch die aus den herkömmlichen Bremssystemen eines Fahrzeugs bekannten Bremszangen 26 auf den Scheiben der Bremsanlage mechanisch erzeugt. Das e- lektrisch unterstützte Bremssystem nutzt die elektrische E- nergie des Zusatzgenerators nur als Energie zur Erzeugung des hydraulischen Drucks im Druckspeicher und zur Ansteuerung und Regelung der Ventile im Hydraulikkreis.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Energieversorgung für ein elektrisch unterstütztes Bremssystem (22) mit einem Bordnetz (10) , umfassend einen Bordnetzgenerator (12) , eine Batterie (14) und Verbraucher (16) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens ein radseitig unmittelbar an den Antriebsstrang (30) gekoppelter Zusatzgenerator (24) zur Umwandlung eines Anteils der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s jeweils ein Zusatzgenerator (24) pro Bremse vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s jeweils ein Zusatzgenerator (24) pro Bremskreis vorgesehen ist .
4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Zusatzgenerator (24) für das gesamte elektrisch unterstützte Bremssystem (22) vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s oberhalb einer vorgegebenen oberen Geschwindigkeitsschwelle des Fahrzeugs der Zusatzgenerator (24) allein das elektrisch unterstützte Bremssystem (22) mit Energie versorgt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unterhalb einer unteren Geschwindigkeitsschwelle oder bei Stillstand des Fahrzeugs eine Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) über das Bordnetz (10) erfolgt .
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unterhalb der oberen Geschwindigkeitsschwelle und oberhalb der unteren Geschwindigkeitsschwelle die Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) in einem Mischbetrieb sowohl durch den Bordnetzgenerator (12) als auch durch den Zusatzgenerator (24) erfolgt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei Ausfall des Zusatzgenerators (24) das Bordnetz (10) die Energieversorgung des elektrisch unterstützten Bremssystems (22) übernimmt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei Ausfall des Bordnetzgenerators (12) der Zusatzgenerator (24) die Speisung des Bordnetzes (10) mit Energie übernimmt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Pufferspeicher dem Zusatzgenerator (24) parallel geschaltet ist.
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