WO2011069724A1 - Verfahren zum bremsen eines fahrzeugs mit einem elektrischen antriebsmotor - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the field of vehicles equipped with electric drive motors, in particular the field of hybrid vehicles.
  • mechanical brake systems In which hydraulically or electrically operable brake elements such as brake pads are pressed together to brake the friction generated by a brake disc with the vehicle.
  • Modern mechanical brake systems usually include an electronic stabilization program (ESP) and an anti-lock braking system (ABS) in addition to the above-mentioned brake elements.
  • ESP electronic stabilization program
  • ABS anti-lock braking system
  • the electric motor for decelerating the vehicle can be converted into the so-called regeneration mode, in particular in which the electric motor is operated as a generator during the braking process and generates electrical energy with which further vehicle consumers, such as heating, for example can be operated, as described in the document DE 10 2008 040812.3.
  • the recuperation is usually realized by a division of a braking torque desired by a driver on the mechanical brake system and the electric motor.
  • the residual braking energy that must be applied for negative acceleration of the vehicle is therefore provided by the conventional mechanical braking system.
  • the present invention is based on the recognition that the electric drive motor of a vehicle can at least partially replace it in the event of a malfunction of the mechanical brake system.
  • a redundant brake system is advantageously provided, which can replace the mechanical brake system if necessary.
  • the invention relates to a method for braking a vehicle having an electric drive motor and a mechanical brake system with transferring the electric drive motor into a generator operation in the presence of a malfunction of the mechanical brake system for braking the vehicle.
  • the malfunction includes at least partial or total failure of the mechanical braking system or one of its components.
  • the vehicle can therefore be brought to a standstill advantageously even in case of failure of the mechanical braking system.
  • the malfunction of the mechanical brake system is detected, which can be done for example on the basis of electrical signals.
  • a diagnosis or a monitoring function can be performed, in which the functionality of the mechanical brake system is checked.
  • the malfunction of the mechanical brake system can thus be detected efficiently in an advantageous manner.
  • the mechanical brake system comprises a mechanical brake, which may be hydraulically or electrically operable, so that the electric drive motor can be transferred to the generator operation in the presence of a malfunction of the mechanical brake.
  • the malfunction may include, for example, a failure of the hydraulic system or a loss of braking torque.
  • the mechanical brake system comprises an anti-tampering system and / or an electronic stabilization system, wherein the mechanical drive motor is put into generator operation in the event of a fault. function of the anti-lock braking system and / or the electronic stabilization system is transferred.
  • a redundant brake system is provided in case of failure of the aforementioned systems by the electric drive motor in an advantageous manner.
  • the vehicle is completely or at least partially braked in the presence of the malfunction.
  • the vehicle can be brought to a standstill or transferred to an emergency operation with, for example, a walking speed of 10 km / h.
  • the deceleration with the electric drive motor can also be based on a braking request of a vehicle driver in the presence of the malfunction, so that the e- lectric drive motor can advantageously at least partially replace the mechanical brake system for braking the vehicle.
  • the generator operation is a recuperation operation of the electric drive motor, so that in an advantageous manner the energy released during braking of the vehicle can be converted into electrical energy and, for example, further used.
  • the electrical energy generated in the generator mode of the electric motor is stored in an energy store or converted into heat at a resistor, in particular if a storage capacity of the energy store is exhausted.
  • the electrical energy can also be used to operate vehicle electrical consumers such as an air conditioner with maximum allowable power and thereby dissipated.
  • the vehicle comprises, in addition to the electric drive motor, a combustion drive with which the electric drive motor can additionally be loaded in generator operation in order to generate a specific braking torque.
  • the combustion drive can also be dragged by the electric drive motor and thereby additionally burdened.
  • the invention relates to a program-technically configured control unit which is designed to operate a computer program for perform perform the method according to the invention for braking the vehicle.
  • FIG. 1 shows a basic flow diagram of the method for braking a vehicle.
  • the method illustrated in FIG. 1 for braking a vehicle having an electric drive motor and a mechanical braking system includes the step 103 of transferring the electric drive motor to a generator mode in the event of a malfunction of the mechanical braking system to decelerate the vehicle.
  • the step 103 may optionally precede the step 101 of detecting the malfunction, in which, for example via monitoring or diagnostic functions of the vehicle, a total or partial failure of the conventional mechanical braking system can be detected or detected.
  • a total or partial failure of the conventional mechanical brake system in particular the total failure of the conventional mechanical brake system of relevance, because in this case, for example, in conventional vehicles without electric drive they can only be braked by frictional forces in the camps, by a wind pressure or the like.
  • the electric drive motor is preferably transferred to the generator mode immediately after the total failure has been detected, in order for example to generate a maximum torque.
  • the braking torque generated by the electric motor may be subject to restrictions with respect to a braking torque and / or with regard to the driving dynamics stability.
  • the generator-operated, electric drive motor can generate a braking torque below the maximum possible braking torque to take into account such restrictions.
  • the electric drive motor can be switched to recuperative operation while the internal combustion engine is simultaneously being towed.
  • a fixed braking torque or a braking torque, depending on a braking request of a driver is set.
  • the implementation of a further acceleration request by the driver suppressed and the brake system defect is displayed.
  • the energy generated regeneratively in the presence of the malfunction of the mechanical brake system can be dissipated, for example, in step 105.
  • the energy obtained from the braking can be used to charge a high-voltage power supply or a high-voltage battery. However, if this battery is in a high state of charge at this time (SoC: State), the energy generated during regenerative braking may no longer be stored.
  • SoC State
  • the consumption of the vehicle can be set, for example, to a maximum permissible power, wherein, for example, the air conditioning system is switched on in a controlled manner.
  • the generated electrical energy can be converted to a resistor and thereby destroyed.
  • the SoC charge limits of the battery can be expanded taking into account the battery-specific requirements.
  • a further electrical memory can be used to accommodate them in the presence of malfunction of the mechanical brake system electromotive brake energy.
  • the vehicle in the presence of the malfunction of the mechanical brake system, the vehicle can be converted into an emergency operation in which the vehicle can be operated, for example, only at a walking speed of 10 km / h.
  • the invention relates to a program-controlled control device whose program-technical structure or functionality corresponds to the structure illustrated in FIG.
  • the programmatically set up control device may have a function 103 for transferring the electric drive motor into a generator operation in the event of a malfunction of the mechanical brake system for braking the vehicle.
  • the program-technically configured control unit can also have a function 101 for Detecting the malfunction.
  • the program-technically set up control device can also have a function 105 for discharging the electric motor-generated energy.
  • the program-technically set up control device can also have further functions which result directly from the method for braking the vehicle.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem mechanischen Bremssystem, mit Überführen (103) des elektrischen Antriebsmotors in einen Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems zum Bremsen des Fahrzeugs.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der mit elektrischen Antriebsmotoren ausgestatteten Fahrzeuge, insbesondere das Gebiet der Hybridfahrzeuge.
Zum Abbremsen von Fahrzeugen werden üblicherweise mechanische Bremssysteme eingesetzt, bei welchen hydraulisch oder elektrisch betätigbare Bremselemente wie beispielsweise Bremsklötze zusammengepresst werden, um durch die hierdurch erzeugte Reibung mit einer Bremsscheibe das Fahrzeug abzubremsen. Moderne mechanische Bremssysteme umfassen neben den vorstehend genannten Bremselementen üblicherweise auch ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) und ein Antiblockiersystem (ABS).
In Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor kann der Elektromotor zum Abbremsen des Fahrzeugs in den so genannten Re- kuperationsmodus überführt werden, insbesondere in welchem der Elektromotor während des Bremsvorganges generatorisch betrieben wird und elektrische E- nergie erzeugt, mit welcher weitere Fahrzeugverbraucher wie beispielsweise Heizung betrieben werden können, wie es in der Druckschrift DE 10 2008 040812.3 beschrieben ist. Die Rekuperation wird üblicherweise durch eine Aufteilung eines Bremswunschmomentes eines Fahrzeugführers auf das mechanische Bremssystem und auf den Elektromotor realisiert. Die restliche Bremsenergie, die zur negativen Beschleunigung des Fahrzeugs aufgebracht werden muss, wird daher durch das konventionelle, mechanische Bremssystem zur Verfügung gestellt.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der elektrische An- triebsmotor eines Fahrzeugs bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems dieses zumindest teilweise ersetzen kann. Dadurch wird günstig ein redundantes Bremssystem bereitgestellt, welches bei Bedarf das mechanische Bremssystem ersetzen kann.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem mechanischen Bremssystem mit Überführen des elektrischen Antriebsmotors in einen Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems zum Bremsen des Fahrzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Fehlfunktion einen zumindest partiellen oder einen totalen Ausfall des mechanischen Bremssystems oder einer seiner Komponenten. Das Fahrzeug kann daher in vorteilhafter Weise selbst bei Ausfall des mechanischen Bremssystems dennoch zum Stillstand gebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems erfasst, was beispielsweise auf der Basis von elektrischen Signalen erfolgen kann. Hierzu kann beispielsweise eine Diagnose oder eine Überwachungsfunktion ausgeführt werden, bei der die Funktionalität des mechanischen Bremssystems überprüft wird. Die Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems kann somit in vorteilhafter Weise effizient erfasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das mechanische Bremssystem eine mechanische Bremse, welche hydraulisch oder elektrisch betätigbar sein kann, sodass der elektrische Antriebsmotor bei Vorliegen einer Fehlfunktion der mechanischen Bremse in den Generatorbetrieb überführt werden kann. Die Fehlfunktion kann beispielsweise einen Ausfall des hydraulischen Systems oder einen Verlust eines Bremskraftmomentes umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das mechanische Bremssystem ein An- tiblockiersystem und/oder ein elektronisches Stabilisierungssystem, wobei der mechanische Antriebsmotor in den Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehl- funktion des Antiblockiersystems und/oder des elektronischen Stabilisierungssys- tems überführt wird. Damit wird in vorteilhafter Weise ein redundantes Bremssystem bei Ausfall der vorgenannten Systeme durch den elektrischen Antriebsmotor bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Fahrzeug bei Vorliegen der Fehlfunktion vollständig oder zumindest teilweise abgebremst. Dabei kann das Fahrzeug beispielsweise zum Stillstand gebracht oder in einen Notlauf mit beispielsweise einer Schrittgeschwindigkeit von 10 km/h überführt werden. Die Abbremsung mit dem elektrischen Antriebsmotor kann bei Vorliegen der Fehlfunktion sich jedoch auch nach einem Bremswunsch eines Fahrzeugführers richten, so dass der e- lektrische Antriebsmotor in vorteilhafter Weise das mechanische Bremssystem zum Abbremsen des Fahrzeugs zumindest teilweise ersetzen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Generatorbetrieb ein Rekuperationsbetrieb des elektrischen Antriebsmotors, so dass in vorteilhafter Weise die beim Abbremsen des Fahrzeugs freiwerdende Energie in elektrische Energie umgewandelt und beispielsweise weiterverwendet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird die im Generatorbetrieb des Elektromotors erzeugte elektrische Energie in einem Energiespeicher gespeichert oder an einem Widerstand in Wärme umgesetzt, insbesondere falls eine Speicherkapazität des Energiespeichers erschöpft ist. Die elektrische Energie kann jedoch auch zum Betreiben von elektrischen Fahrzeugverbrauchern wie beispielsweise einer Klimaanlage mit maximal zulässiger Leistung verwendet und dadurch abgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug neben dem elektrischen Antriebsmotor einen Verbrennungsantrieb, mit dem der elektrische Antriebsmotor im Generatorbetrieb zusätzlich belastet werden kann, um ein bestimmtes Bremsmoment zu erzeugen. In vorteilhafter Weise kann der Verbrennungsantrieb durch den elektrischen Antriebsmotor auch mitgeschleppt und dadurch zusätzlich belastet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein programmtechnisch eingerichtetes Steuergerät, das ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Aus- führen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bremsen des Fahrzeugs auszuführen.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegende Fig. 1 erläutert, welche ein prinzipielles Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Bremsen eines Fahrzeugs zeigt.
Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem mechanischen Bremssystem umfasst den Schritt 103 des Überführens des elektrischen Antriebsmotors in einen Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems, um das Fahrzeug abzubremsen.
Dem Schritt 103 kann optional der Schritt 101 des Erfassens der Fehlfunktion vorangehen, bei dem beispielsweise über Monitoring- bzw. Diagnosefunktionen des Fahrzeugs ein Total- oder ein Teilausfall des konventionellen, mechanischen Bremssystems detektiert bzw. erfasst werden kann. Dabei ist insbesondere der Totalausfall des konventionellen, mechanischen Bremssystems von Relevanz, weil in diesem Fall beispielsweise bei konventionellen Fahrzeugen ohne Elektroantrieb diese nur durch Reibungskräfte in den Lagern, durch einen Winddruck oder dgl. abgebremst werden können. Zum Einleiten einer dezidierten, sicheren Bremsung bis zum Stillstand des Fahrzeugs wird der elektrische Antriebsmotor bevorzugt unmittelbar nach dem Erfassen des Totalausfalls in den Generatorbetrieb überführt, um beispielsweise ein maximales Drehmoment zu erzeugen. Bei dem Teilausfall des mechanischen Bremssystems, bei dem beispielsweise das Antiblockiersystem nicht mehr funktioniert, kann das elektromotorisch erzeugte Bremsmoment jedoch Einschränkungen bezüglich einem Bremsmoment und/oder bezüglich der fahrdynamischen Stabilität unterliegen. In diesem Fall kann der generatorisch betriebene, elektrische Antriebsmotor ein Bremsmoment unterhalb des maximal möglichen Bremsmomentes erzeugen, um derartige Einschränkungen zu berücksichtigen.
Zum Einleiten einer geregelten, sicheren Bremsung des Fahrzeugs kann der e- lektrische Antriebsmotor in den rekuperativen Betrieb bei gleichzeitigem Mit- schleppen des Verbrennungsmotors geschaltet werden. Dabei kann entweder ein fest vorgegebenes Bremsmoment oder ein Bremsmoment, das abhängig von einem Bremswunsch eines Fahrers ist, eingestellt werden. Neben der Einleitung der geregelten, sicheren Bremsung ist es ferner möglich, dass die Umsetzung eines weiteren Beschleunigungswunsches seitens des Fahrers unterdrückt und der Bremssystemdefekt angezeigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die bei Vorliegen der Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems generatorisch erzeugte Energie beispielsweise in dem Schritt 105 abgeführt werden. Beispielsweise kann die aus der Bremsung gewonnene Energie zum Laden einer Hochvoltnetz- bzw. einer Hochvoltbatterie verwendet werden. Befindet sich diese Batterie zu diesem Zeitpunkt jedoch in einem hohen Ladezustand (SoC: State of Charge), so kann die beim generatorischen Bremsen erzeugte Energie gegebenenfalls nicht mehr gespeichert werden. Um den elektrischen Antriebsmotor dennoch generatorisch zu betreiben, können fahrzeugseitig, bevorzugt ohne Beeinflussung des Fahrers, die Verbrau- eher des Fahrzeugs beispielsweise auf eine maximal zulässige Leistung gestellt werden, wobei beispielsweise die Klimaanlage geregelt eingeschaltet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die erzeugte elektrische Energie an einem Widerstand umgesetzt und dadurch vernichtet werden. Alternativ oder zusätzlich können die SoC-Ladegrenzen der Batterie unter Berücksichtigung der batteriespezifischen Anforderungen, aufgeweitet werden. Darüber hinaus kann ein weiterer elektrischer Speicher eingesetzt werden, um sie bei Vorliegen der Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems elektromotorisch erzeugte Bremsenergie aufzunehmen. Darüber hinaus kann das Fahrzeug bei Vorliegen der Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems in einen Notlaufbetrieb überführt werden, bei dem das Fahrzeug beispielsweise nur mit einer Schrittgeschwindigkeit von 10 km/h betrieben werden kann. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein programmtechnisch eingerichtetes Steuergerät, dessen programmtechnische Struktur bzw. Funktionalität der in Fig. 1 dargestellten Struktur entspricht. So kann das programmtechnisch eingerichtete Steuergerät eine Funktion 103 zum Überführen des elektrischen Antriebsmotors in einen Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems zum Bremsen des Fahrzeugs aufweisen. Das programmtechnisch eingerichtete Steuergerät kann ferner eine Funktion 101 zum Erfassen der Fehlfunktion aufweisen. Das programmtechnisch eingerichtete Steuergerät kann ferner eine Funktion 105 zum Abführen der elektromotorisch erzeugten Energie aufweisen. Das programmtechnisch eingerichtete Steuergerät kann ferner weitere Funktionen aufweisen, welche sich unmittelbar aus dem Ver- fahren zum Bremsen des Fahrzeugs ergeben.

Claims

Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem mechanischen Bremssystem, mit:
Überführen (103) des elektrischen Antriebsmotors in einen Generatorbetrieb zum Bremsen des Fahrzeugs bei Vorliegen einer Fehlfunktion des mechanischen Bremssystems.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Fehlfunktion einen zumindest partiellen Ausfall des mechanischen Bremssystems oder einer seiner Komponenten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Fehlfunktion, insbesondere durch Ausführen einer Diagnose- oder einer Überwachungsfunktion, er- fasst (101) wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das mechanische Bremssystem eine mechanische Bremse, insbesondere eine hydraulische Bremse, aufweist, und bei dem der elektrische Antriebsmotor in den Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion der mechanischen Bremse überführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das mechanische Bremssystem ein Antiblockiersystem oder ein elektronisches Stabilisierungssystem umfasst, und bei dem der elektrische Antriebsmotor in den Generatorbetrieb bei Vorliegen einer Fehlfunktion des Antiblockiersystems oder des elektronischen Stabilisierungssystems überführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Fahrzeug bei Vorliegen der Fehlfunktion vollständig oder teilweise abgebremst wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Generatorbetrieb ein Rekuperationsbetrieb ist.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die im Generatorbetrieb des elektrischen Antriebsmotors erzeugte elektrische Energie abgeführt (105), insbesondere in einem Energiespeicher gespeichert oder an einem Widerstand in Wärme umgesetzt oder zum Betreiben von elektrischen Fahrzeugverbrauchern mit maximal zulässiger Leistung verwendet, wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Fahrzeug einen Verbrennungsantrieb aufweist, und bei dem der elektrischen Antriebsmotor im Generatorbetrieb zusätzlich mit dem Verbrennungsantrieb belastet wird, um ein bestimmtes Bremsmoment zu erzeugen.
Programmtechnisch eingerichtetes Steuergerät, das ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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