WO2022111951A1 - Verfahren zur steuerung eines bremssystems eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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deceleration
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Philip Haug
Markus Kern
Maik Kreller
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Mercedes-Benz Group AG
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a brake system of a motor vehicle according to the preamble of the independent patent claim.
  • the ESP When driving, the ESP evaluates the wheel speeds and calculates a vehicle reference speed over ground. Due to existing network architectures, there are different signal propagation times between the affected control units (ESP, CPC - central control of the drive train, INV - inverter for electric machines) in the control loop. When the vehicle is required to decelerate, the ESP control unit implements the dynamic ABS control intervention. If a braked wheel reduces its speed relative to the vehicle speed, this results in increased slippage, as a result of which the power transmission on the axle decreases steadily until it locks. The ESP reduces the braking torque on one side both by reducing the braking pressure in the braking control circuit and by restricting recuperation (permissible slight drag torque (MSR - engine drag torque control)).
  • MSR - engine drag torque control permissible slight drag torque
  • the maximum deductible recuperation torque of the electric machine is limited by the minimum deductible wheel torque ("torque balance").
  • torque balance the minimum deductible wheel torque
  • the opposite wheel which is not locked but continues to be braked, is forcibly connected via the gearbox/differential and engine.
  • the brake circuits are adapted to each other and regulated via the mechanical braking torque.
  • the electric machines only provide a very low engine drag torque via the engine drag control (MSR).
  • the subsequently published DE 102019004 390 discloses a method for controlling a braking system of a motor vehicle with at least two axles, which comprises an electronic braking system and an anti-lock braking system.
  • the wheels on the front axle can be braked via a service brake of the electronic brake system and the wheels on the rear axle can be braked via a service brake of the electronic brake system and/or an electric recuperation brake. It is provided that when an upper limit value of the braking torque of the electric recuperation brake on the rear axle is exceeded, an additional braking torque is built up by the service brake on the front axle.
  • the upper limit of the braking torque of the electric regenerative brake on the rear axle can be determined by a maximum slip torque of the motor vehicle in the current driving situation shortly before the anti-lock braking system intervenes or by a maximum braking torque that can be represented by the electric regenerative brake or by the difference between the braking torques on the rear axle and the front axle can be determined. Furthermore, it can be provided in the method that a further additional braking torque is built up by the service brake on the rear axle and the braking torque of the electric recuperation brake is possibly also reduced accordingly.
  • the invention is based on the object of specifying an improved method for controlling a brake system of a motor vehicle.
  • the object is achieved according to the invention by a method for controlling a brake system of a motor vehicle according to claim 1.
  • both single-wheel electric drives and those electric drives that are connected to one another via a differential are intended as electric machines are connected to be understood.
  • single-wheel electric drives there are no mutual dependencies, which increases the dynamics and removable power transmission.
  • slip initiation should be understood to mean that a wheel speed of a wheel under consideration deviates from the vehicle speed, so that slip occurs.
  • a brake system of a motor vehicle comprising a plurality of wheels, at least one electric machine as a drive, a service brake and a vehicle dynamics control system, the wheels being decelerated by means of a deceleration torque (MB) applied by the service brake and at least partially by a deceleration torque (MB) applied by the electric
  • MB deceleration torque
  • M E deceleration torque
  • a drive torque is applied by means of the electric machine for slip control or for turning a locked wheel.
  • At least one axle of the motor vehicle is driven by the electric machine via a differential, with the electric machine generating an increased wheel slip run-in by means of evaluated wheel speeds in relation to a limiting minimum shaft speed, which is specified by a control unit of the vehicle dynamics control system, when deceleration is requested. detects and regulates, the wheel speed and the wheel torque being detected by the electric machine and the wheel torque being controlled in such a way that the braked wheel is operated in a slip range specified by a control unit of the vehicle dynamics control system.
  • the wheel slip is detected and controlled. preventively through the deceleration torque of the electric motor and the wheel speed, in such a way that a locking of the wheel and an increase in the wheel slip is detected and the wheel slip is controlled before the braked wheel comes to a standstill.
  • the electric machine indicates to the control unit of the driving dynamics control a maximum drag torque that can be deducted via the axle, and the control unit of the driving dynamics control counteracts a reduction in the electric deceleration torque by increasing the deceleration torque of the service brake if the vehicle deceleration remains the same or the deceleration request remains the same.
  • wheel slip is detected by the permissible minimum shaft speed and thus increased wheel slip running-in by the electric machine and/or by applying a mechanical deceleration torque on both sides.
  • each wheel of the motor vehicle is driven by a respective electric machine, with the electric machine detecting and regulating an increased wheel slip run-in by means of evaluated wheel speeds in relation to a limiting minimum shaft speed, which is specified by a control unit of the vehicle dynamics control system , wherein the wheel speed is detected by the electric machine and the wheel torque is controlled by the electric machine in such a way that the braked wheel is operated in a slip range specified by a control unit of the driving dynamics control system.
  • the electric machine indicates to the control unit of the vehicle dynamics control a maximum drag torque that can be deducted, and the control unit of the vehicle dynamics control counteracts a reduction in the electrical deceleration torque by increasing the deceleration torque of the service brake if the vehicle's deceleration remains the same or the deceleration request remains the same.
  • the wheel slip is detected by the permissible minimum shaft speed and thus increased wheel slip running-in by the electric machine and/or by impressing a wheel-specific mechanical deceleration torque.
  • a motor vehicle comprising a plurality of wheels, at least one electric machine as a drive, a Service brake and vehicle dynamics control, the wheels being able to be braked by means of a deceleration torque applied by the service brake and at least partially by a deceleration torque applied by the electric machine.
  • the motor vehicle is configured to carry out the method described above.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a deceleration request and deceleration moments of a service brake and an electric machine.
  • the present invention proposes primarily to use the electric machine for controlling slip when braking (ABS) and/or when a driving dynamics control system ESC or ESP intervenes in a vehicle that includes an electric machine as a drive, since this has better and shorter control times than the hydraulic brake.
  • the braking torques of the (hydraulic) service brake (ABS) and/or an ESP control are superimposed with the torques of the electric machine in such a way that an optimized braking force is achieved while avoiding wheel slip.
  • the electric machine can apply not only a braking torque but also a drive torque to the wheels in order to avoid slipping, slipping or locking of the wheels.
  • the very fast regulation/control of the electric machine is an advantage here, since even with small changes, a corresponding counter-torque can be set by the electric machine and thus the appropriate measures against slip, Slipping or locking of the wheels can be taken. This is not possible with the long control times of the service brake and/or with conventional (hydraulic) braking and control systems (ABS, ESP, etc.).
  • vibrations in the drive train can also be suppressed, which could otherwise occur due to the delayed control times of conventional braking and control systems if repeated interventions occur.
  • the moments of the electric machine can be distributed directly to the individual wheels, so that such a wheel-specific control is made possible. This is possible in particular when each wheel is either directly assigned an electric machine or at least each axle has a type of torque vectoring.
  • the principle of the present invention also works when the electric machine is arranged by axis. With an electric four-wheel drive or one electric machine per axle, this is also possible on both or all axles and thus on all wheels.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for representing a deceleration request W, a deceleration torque M B of an in particular hydraulic service brake of the vehicle and a deceleration torque M E of an electric machine over time t.
  • the axle-driven electric motor detects and regulates the increased wheel slip by means of evaluated wheel speeds in relation to a limiting minimum shaft speed that is specified by an ESP control unit.
  • the braked wheel can be operated independently in the optimal slip range (especially without locking) that is specified by the ESP control unit.
  • the wheel slip is detected and controlled preventively by the deceleration torque M E of the electric motor and the wheel speed, so that locking of the wheel and an increase in wheel slip are detected and controlled before the wheel comes to a standstill.
  • the electric machine indicates to the ESP control unit a maximum drag torque (shaft torque) that can be deducted via the axle in order to counteract the reduction in the electrical deceleration torque M E by increasing the deceleration torque MB of the mechanical service brake while the vehicle decelerates the same (driver braking specification). .
  • the electric machine Before the wheel-specific mechanical deceleration torque M B is applied, the electric machine detects the wheel slip. This can be done both by the permissible minimum shaft speed and thus increased wheel slip run-in by the electric machine and by impressing a mechanical deceleration torque M B on both sides (drag torque superimposed).
  • wheel slip can also be detected from the comparison or ratio of an actual wheel speed to a target wheel speed, in which case the actual wheel speed can be determined from the shaft speed, in particular a side drive shaft, and the Wheel target speed can be derived from a specification of the ESP control unit, which can determine the speed that this wheel should have from the specifications of an actual speed of the vehicle and yaw rates or steering angle.
  • the electric motor allows wheel slip to be controlled more sensitively in order to transfer frictional forces more dynamically to the ground.
  • the deceleration time is used more effectively, with the braking distance being shortened by providing both an electrical deceleration torque M E and a superimposed mechanical deceleration torque M B .
  • the classic mechanical ABS control by the ESP control unit serves as a fallback level (functional safety).
  • the single-wheel drive electric motor detects and regulates the increased wheel slip by means of evaluated wheel speeds in relation to a limiting minimum wheel speed that is specified by the ESP control unit.
  • the braked wheel can be operated independently in the optimum slip range, which is specified by the ESP control unit, thanks to the direct speed measurement of the electric motor.
  • a wheel that tends to lock is detected at an early stage and the wheel-specific drag torque can be dynamically adjusted.
  • the electric machine indicates to the ESP control unit a maximum drag torque that can be delivered (actual wheel braking torque) in order to counteract the reduction in the electrical deceleration torque M E by increasing the deceleration torque MB of the mechanical service brake while the vehicle decelerates the same (delay request W ).
  • Wheel slip is detected before the mechanical deceleration torque M B is applied to the individual wheels. This can be done both by the permissible minimum wheel speed and thus increased wheel slip running-in by the electric machine and by impressing a wheel-specific mechanical deceleration torque M B (drag torque superimposed).
  • the wheel slip can be detected from the comparison or ratio of an actual wheel speed to a target wheel speed, in which case the actual wheel speed can be determined from the speed of the electric machine and the wheel target Speed can be derived from a specification of the ESP control unit, which can determine the speed that this wheel should have from the specifications of an actual speed of the vehicle and yaw rates or steering angle.
  • a torque above a vertical axis (yaw moment) of the vehicle is detected by the ESP control unit and regulated taking into account the driving dynamics specifications. This also means that a locked wheel can be turned on again via a predetermined torque using the electric machine in order to be actively accelerated.
  • the electric motor allows wheel slip to be controlled more sensitively in order to transfer frictional forces more dynamically to the ground.
  • the deceleration time is used more effectively, with the braking distance being shortened by both an electrical Deceleration torque M E and a superimposed mechanical deceleration torque M B is provided.
  • the classic mechanical ABS control by the ESP control unit serves as a fallback level (functional safety).
  • the described sensitive and dynamic brake control intervention by the at least one electric machine can take place outside the natural frequencies of the drive train (side shafts, electric machine, engine mounts, etc.) when decelerating the vehicle.
  • the electrical component of the deceleration torque M E during the deceleration process can reduce electrical friction losses and wear on the brake control system (brake lining, brake disc, brake caliper).
  • the design of the thermal requirements can be optimized by saving material and thus weight.
  • the solution according to the invention allows the braking distance to be shortened by the quickly controllable deceleration torques ME, i.e. recuperation torques, of the electric machine, in that the deceleration torque ME is controlled before the wheels come to a standstill (in the case of ABS braking, the locked wheels must be pushed/accelerated again).
  • the wheel slip is detected and the optimum wheel slip is adjusted during the deceleration process. Dynamic torque adjustments for individual wheel deceleration and acceleration are possible.
  • a wheel that is tending to lock can thus be detected at an early stage and the wheel-specific drag torque can be dynamically adjusted within the specified ESP torque limits without the wheel having to come to a standstill.
  • the electric machine constantly reports to the ESP control unit a current drag torque that can be transmitted to the electric machine (actual wheel braking torque), which can then be taken into account when determining the braking and within the framework of the overall deceleration.
  • the decelerating braking torque of the motor vehicle can also be made up of an electrical deceleration torque and, if necessary, an additional deceleration torque of the mechanical service brake, in order to decelerate the vehicle if the deceleration request or the deceleration specification exceeds the maximum over the axle or the wheel deductible drag torque by the electric machine exceeds.
  • the invention can therefore also be used when the specified deceleration torque exceeds the maximum deceleration torque that can be applied by the electric machine, ie the maximum electric deceleration torque.
  • the mechanical service brake which is far enough away from an expected slip torque of the wheel and also small enough not to unnecessarily reduce the remaining electrical deceleration torque, so that efficient regenerative braking and slip detection can continue of the present invention is possible.
  • the distribution of the proportions of the deceleration torques can depend on various parameters, such as a total deceleration torque and/or a driving mode of the motor vehicle and/or a specified deceleration torque and/or a maximum electrical deceleration torque and/or a state of charge of the battery and/or a temperature the battery and/or environmental conditions and/or a slip torque of the wheel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere Räder, mindestens eine Elektro-Maschine als Antrieb, eine Betriebsbremse und eine Fahrdynamikregelung, wobei die Räder mittels eines von der Betriebsbremse aufgebrachten Verzögerungsmoments (MB) und zumindest teilweise durch ein von der Elektro-Maschine aufgebrachtes Verzögerungsmoment (ME) abbremsbar sind, wobei Schlupf, der infolge von Bremsen und/oder von Eingriffen der Fahrdynamikregelung auftritt, zumindest primär durch Anpassung des von der Elektro-Maschine aufgebrachten Verzögerungsmoments (ME) geregelt wird.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Es ist bekannt, eine gewünschte Verzögerung eines Kraftfahrzeugs mittels fahrdynamischem Bremsregeleingriff (ESP/ABS) im Rad-Schlupfbereich umzusetzen. Hierzu dient ein mechanisches Bremsregelsystem (BRS). Das Bremsmoment wird durch Bremsdruck auf den Bremsbelag und entstehende Reibung an der Bremsscheibe erzeugt.
Im Verzögerungsvorgang erfolgen die Detektion und das Einregeln von optimalem Radschlupf, indem der Bremsdruck angepasst und Reibmoment an den Bremsscheiben erzeugt wird. Ein überbremstes Rad wird durch die bestehende Fahrzeuggeschwindigkeit wieder angetrieben.
Während des Fährbetriebs wertet das ESP die Raddrehzahlen aus und berechnet eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit über Grund. Aufgrund von bestehenden Netzwerk- Architekturen ergeben sich unterschiedliche Signallaufzeiten zwischen den betroffenen Steuergeräten (ESP, CPC - zentrale Steuerung des Antriebsstrangs, INV - Inverter bei Elektromaschinen) im Regelkreis. Bei einer geforderten Fahrzeug-Verzögerung wird der fahrdynamische ABS-Regeleingriff vom ESP-Steuergerät durchgeführt. Verringert ein abgebremstes Rad seine Geschwindigkeit zur relativen Fahrzeuggeschwindigkeit, so ergibt sich ein erhöhter Schlupfeinlauf, wodurch die Kraftübertragung an der Achse stetig abnimmt bis es blockiert. Das ESP verringert einseitig das Bremsmoment sowohl durch Verringerung des Bremsdrucks im Bremsregelkreis, als auch Restriktion der Rekuperation (zuläsiges geringfügiges Schleppmoment (MSR - Motor-Schleppmoment-Regelung)). Das maximal absetzbare Rekuperations-Moment der Elektro-Maschine (INV) wird durch das minimal absetzbare Rad-Drehmoment limitiert („Momenten-Waage“). Dadurch wird das blockierte und jetzt ungebremste Rad wieder angeschoben, um erneut im optimalen Kräfteverhältnis abgebremst und weiter im Schlupf betrieben zu werden. Das mechanische Bremsmoment wird stufenweise durch unterschiedliche Bremsdruck- Gradienten realisiert. Das gegenseitige nicht blockierte aber weiterhin gebremste Rad ist zwangsweise über das Getriebe/Differential und Motor verbunden. Um die eingestellte Verzögerung und Fahrstabilität zu ermöglichen werden die Bremskreisläufe aufeinander angepasst und über das mechanische Bremsmoment eingeregelt. Die Elektro-Maschinen stellen hierbei lediglich ein sehr geringes Motorschleppmoment über die Motor-Schlepp- Regelung (MSR) bereit.
Die nachveröffentlichte DE 102019004 390 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Achsen, welches ein elektronisches Bremssystem und ein Anti-Blockier-Systems umfasst. Hierbei können die Räder an der Vorderachse über eine Betriebsbremse des elektronischen Bremssystems gebremst werden und die Räder an der Hinterachse über eine Betriebsbremse des elektronischen Bremssystems und/oder eine elektrische Rekuperationsbremse gebremst werden. Es ist vorgesehen, dass beim Überschreiten eines oberen Grenzwertes des Bremsmomentes der elektrischen Rekuperationsbremse an der Hinterachse ein zusätzliches Bremsmoment durch die Betriebsbremse an der Vorderachse aufgebaut wird. Der obere Grenzwert des Bremsmomentes der elektrischen Rekuperationsbremse an der Hinterachse kann durch ein maximales Schlupfmoment des Kraftfahrzeugs in der aktuellen Fahrsituation kurz vorm Eingriff des Anti-Blockier-Systems oder durch ein maximal darstellbares Bremsmoment der elektrischen Rekuperationsbremse oder durch die Differenz zwischen den Bremsmomenten an der Hinterachse und der Vorderachse bestimmt werden. Weiterhin kann im Verfahren vorgesehen sein, dass ein weiteres zusätzliches Bremsmoment durch die Betriebsbremse an der Hinterachse aufgebaut wird und eventuell dabei auch das Bremsmoment der elektrischen Rekuperationsbremse entsprechend reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Als Elektromaschinen sollen in der vorliegenden Patentanmeldung sowohl Einzelrad- Elektroantriebe als auch solche Elektroantriebe, die über ein Differential miteinander verbunden sind, verstanden werden. Bei Einzelrad-Elektroantrieben entfallen die gegenseitigen Abhängigkeiten, wodurch die Dynamik und absetzbare Kraftübertragung steigt.
Unter dem Begriff Schlupfeinlauf soll verstanden werden, dass eine Radgeschwindigkeit eines betrachteten Rades sich von der Fahrzeuggeschwindigkeit entfernt, so dass es zu einem Schlupf kommt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere Räder, mindestens eine Elektro-Maschine als Antrieb, eine Betriebsbremse und eine Fahrdynamikregelung, wobei die Räder mittels eines von der Betriebsbremse aufgebrachten Verzögerungsmoments (MB) und zumindest teilweise durch ein von der Elektro-Maschine aufgebrachtes Verzögerungsmoment (ME) abbremsbar sind, wird Schlupf, der infolge von Bremsen und/oder von Eingriffen der Fahrdynamikregelung auftritt, zumindest primär oder ausschließlich durch Anpassung des von der Elektro-Maschine aufgebrachten Verzögerungsmoments geregelt, da diese bessere und kürzere Regelzeiten aufweist als die Betriebsbremse.
Hierdurch kann der Wiedereingriff der Räder unterstützt werden und es können Schwingungen im Antriebstrang durch die langsamere Regelung der konventionellen Komponenten reduziert werden.
In einer Ausführungsform wird bedarfsweise zur Schlupfregelung oder zum Andrehen eines blockierten Rades mittels der Elektro-Maschine ein Antriebsmoment aufgebracht.
In einer Ausführungsform wird zumindest eine Achse des Kraftfahrzeugs über ein Differenzial von der Elektro-Maschine angetrieben, wobei die Elektro-Maschine bei einem Verzögerungswunsch einen erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Wellendrehzahl, die durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegeben wird, erfasst und regelt, wobei die Raddrehzahl und das Rad-Drehmoment durch die Elektro-Maschine erfasst und das Rad- Drehmoment geregelt wird, derart, dass das abgebremste Rad in einem durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegebenen Schlupfbereich betrieben wird.
In einer Ausführungsform erfolgt die Erkennung und Regelung des Radschlupfes . präventiv durch das Verzögerungsmoment der Elektro-Maschine und die Raddrehzahl, derart, dass ein Blockieren des Rades und eine Erhöhung des Radschlupfes erkannt und der Radschlupf geregelt wird, bevor es zum Stehen des abgebremsten Rades kommt.
In einer Ausführungsform indiziert die Elektro-Maschine dem Steuergerät der Fahrdynamikregelung ein maximal über die Achse absetzbares Schlepp-Moment, und das Steuergerät der Fahrdynamikregelung wirkt bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs oder gleichbleibendem Verzögerungswunsch einer Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes der Betriebsbremse entgegen.
In einer Ausführungsform erfolgt die Erkennung des Radschlupfes durch die zulässige minimale Wellendrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro- Maschine und/oder durch Aufprägen eines beidseitigen mechanischen Verzögerungsmomentes.
In einer Ausführungsform wird jedes Rad des Kraftfahrzeugs mittels einer jeweiligen Elektro-Maschine angetrieben, wobei die Elektro-Maschine bei einem Verzögerungswunsch einen erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Wellendrehzahl, die durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegeben wird, erfasst und regelt, wobei die Raddrehzahl durch die Elektro-Maschine erfasst und das Rad-Drehmoment durch die Elektro-Maschine geregelt wird, derart, dass das abgebremste Rad in einem durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegebenen Schlupfbereich betrieben wird.
In einer Ausführungsform indiziert die Elektro-Maschine dem Steuergerät der Fahrdynamikregelung ein maximal absetzbares Schlepp-Moment, und das Steuergerät der Fahrdynamikregelung wirkt bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs oder gleichbleibendem Verzögerungswunsch einer Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes der Betriebsbremse entgegen.
In einer Ausführungsform erfolgt die Erkennung des Radschlupfes durch die zulässige minimale Wellendrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro- Maschine und/oder durch Aufprägen eines radindividuellen mechanischen Verzögerungsmomentes.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend mehrere Räder, mindestens eine Elektro-Maschine als Antrieb, eine Betriebsbremse und eine Fahrdynamikregelung, wobei die Räder mittels eines von der Betriebsbremse aufgebrachten Verzögerungsmoments und zumindest teilweise durch ein von der Elektro-Maschine aufgebrachtes Verzögerungsmoment abbremsbar sind. Erfindungsgemäß ist das Kraftfahrzeug zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens konfiguriert.
Mittels der Elektro-Maschine ist eine höhere Regeldynamik möglich als bei herkömmlichen Lösungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verzögerungswunsches und von Verzögerungsmomenten einer Betriebsbremse und einer Elektro- Maschine.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, für die Regelung des Schlupfes beim Bremsen (ABS) und/oder bei Eingriffen einer Fahrdynamikregelung ESC bzw. ESP in einem Fahrzeug, das eine Elektro-Maschine als Antrieb umfasst, primär die Elektro-Maschine zu nutzen, da diese bessere und kürzere Regelzeiten aufweist als die hydraulische Bremse.
Hierdurch kann der Wiedereingriff der Räder unterstützt werden und es können Schwingungen im Antriebstrang durch die langsamere Regelung der konventionellen Komponenten reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Bremsmomente der (hydraulischen) Betriebsbremse (ABS) und/oder einer ESP-Regelung mit den Momenten der Elektro- Maschine derart überlagert, dass eine optimierte Bremskraft unter Vermeidung eines Räderschlupfes erreicht wird. Hierbei kann die Elektro-Maschine nicht nur ein Bremsmoment sondern auch ein Antriebsmoment an die Räder anlegen, um Schlupf, Rutschen oder Blockieren der Räder zu vermeiden.
Die sehr schnelle Regelung/Steuerung der Elektro-Maschine ist hierbei von Vorteil, da so bereits bei kleinen Änderungen ein entsprechendes Gegenmoment durch die Elektro- Maschine eingestellt werden kann und somit die passenden Maßnahmen gegen Schlupf, Rutschen oder Blockieren der Räder ergriffen werden können. Dies ist mit den langen Regelzeiten der Betriebsbremse und/oder mit konventionellen (hydraulischen) Brems- und Regelsystemen (ABS, ESP, usw.) nicht möglich.
Auf diese Weise können auch Schwingungen im Antriebstrang unterbunden werden, welche ansonsten durch die verzögerten Regelzeiten der konventionellen Brems- und Regelsysteme entstehen könnten, wenn es zu wiederholten Eingriffen kommt.
In einer Ausführungsform können die Momente der Elektro-Maschine direkt auf die einzelnen Räder verteilt werden, so dass eine solche Regelung radspezifisch ermöglicht wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn jedem Rad entweder eine Elektro- Maschine direkt zugeordnet ist oder zumindest jede Achse eine Art Torque Vectoring aufweist.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung funktioniert jedoch auch bei achsweiser Anordnung der Elektro-Maschine. Bei einem elektrischen Vier-Rad-Antrieb oder jeweils einer Elektro-Maschine je Achse ist dies auch an beiden oder allen Achsen und damit an allen Rädern möglich.
Figur 1 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Verzögerungswunsches W, eines Verzögerungsmoments MB einer insbesondere hydraulischen Betriebsbremse des Fahrzeugs und eines Verzögerungsmoments ME einer Elektro-Maschine über der Zeit t.
Für den Fall, dass eine Elektro-Maschine über ein Differenzial eine Achse eines Fahrzeugs antreibt, gilt Folgendes:
Bei einer Verzögerung des Fahrzeugs oder einem Verzögerungswunsch W erfasst und regelt die achsangetriebene Elektro-Maschine den erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Wellendrehzahl, die durch ein ESP-Steuergerät vorgegeben wird.
Durch direkte Drehzahlerfassung und unmittelbare Drehmoment-Erfassung und Drehmoment-Regelung der Elektro-Maschine kann das abgebremste Rad eigenständig im optimalen Schlupfbereich betrieben werden (insbesondere ohne zu blockieren) der durch das ESP-Steuergerät vorgegeben ist. Präventiv erfolgt die Erkennung und Regelung des Radschlupfes durch das Verzögerungsmoment ME der Elektro-Maschine und die Raddrehzahl, so dass ein Blockieren des Rades und eine Erhöhung des Radschlupfes erkannt und geregelt werden bevor es zum Stehen des Rades kommt.
Die Elektro-Maschine indiziert dem ESP-Steuergerät ein maximal über die Achse absetzbares Schlepp-Moment (Wellenmoment), um bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs (Fahrer-Bremsvorgabe) der Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes ME durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes MB der mechanischen Betriebsbremse entgegenzuwirken.
Vor dem Aufprägen des radindividuellen mechanischen Verzögerungsmomentes MB erfolgt mittels der Elektro-Maschine eine Erkennung des Radschlupfes. Dies kann sowohl durch die zulässige minimale Wellendrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro-Maschine als auch durch Aufprägen eines beidseitigen mechanischen Verzögerungsmomentes MB (Schlepp-Moment überlagert) erfolgen.
Generell kann die Erkennung des Radschlupfes auch aus dem Vergleich oder Verhältnisses einer Rad-Ist-Drehzahl zu einer Rad-Soll-Drehzahl erfolgen, wobei hier die Rad-Ist-Drehzahl aus der Wellendrehzahl, insbesondere einer Seiten-Antriebswelle, bestimmt werden kann und die Rad-Soll-Drehzahl aus einer Vorgabe des ESP- Steuergerätes abgeleitet werden kann, welches die Drehzahl, die dieses Rad haben sollte, aus den Vorgaben von einer Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Gierraten bzw. Lenkwinkel bestimmen kann.
Durch die Elektro-Maschine kann der Radschlupfeinlauf sensitiver geregelt werden, um Reibkräfte dynamischer auf den Untergrund zu übertragen. Im Vergleich zur herkömmlichen ESP-Regelung erfolgt eine effektivere Ausnutzung der Verzögerungszeit, wobei der Bremsweg verkürzt wird, indem sowohl ein elektrisches Verzögerungsmoment ME als auch ein überlagertes mechanisches Verzögerungsmoment MB gestellt wird.
Als Rückfallebene (funktionale Sicherheit) dient die klassische mechanische ABS- Regelung durch das ESP Steuergerät.
Für den Fall eines Einzelradantriebs durch eine jeweilige Elektro-Maschine ohne Differenzial gilt Folgendes:
Bei einer Verzögerung des Fahrzeugs oder einem Verzögerungswunsch W erfasst und regelt die einzelradangetriebene Elektro-Maschine den erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Raddrehzahl, die durch das ESP-Steuergerät vorgegeben wird.
Durch eine direkte Drehzahlerfassung der Elektro-Maschine kann das abgebremste Rad eigenständig im optimalen Schlupfbereich betrieben werden, der durch das ESP- Steuergerät vorgegeben ist. Ein zum Blockieren neigendes Rad wird frühzeitig erfasst und das radindividuelle Schlepp-Moment kann dynamisch angepasst werden.
Die Elektro-Maschine indiziert dem ESP-Steuergerät ein maximal absetzbares Schlepp- Moment (Ist-Rad-Bremsmoment), um bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs (Verzögerungswunsch W) der Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes ME durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes MB der mechanischen Betriebsbremse entgegenzuwirken.
Vor dem Aufprägen des radindividuellen mechanischen Verzögerungsmomentes MB erfolgt eine Erkennung des Radschlupfes. Dies kann sowohl durch die zulässige minimale Raddrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro-Maschine als auch durch Aufprägen eines radindividuellen mechanischen Verzögerungsmomentes MB (Schlepp-Moment überlagert) erfolgen.
Generell kann die Erkennung des Radschlupfes aus dem Vergleich oder Verhältnisses einer Rad-Ist-Drehzahl zu einer Rad-Soll-Drehzahl erfolgen, wobei hier die Rad-Ist- Drehzahl aus der Drehzahl der Elektro-Maschine bestimmt werden kann und die Rad- Soll-Drehzahl aus einer Vorgabe des ESP-Steuergerätes abgeleitet werden kann, welches die Drehzahl, die dieses Rad haben sollte, aus den Vorgaben von einer Ist- Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Gierraten bzw. Lenkwinkel bestimmen kann.
Ein Drehmoment über einer Hochachse (Gier-Moment) des Fahrzeugs wird durch das ESP-Steuergerät erfasst und unter Berücksichtigung von Fahrdynamik-Vorgaben geregelt. Hierunter ist auch zu verstehen, dass ein blockiertes Rad über ein vorgegebenes Drehmoment mittels der Elektro-Maschine wieder angedreht werden kann, um aktiv beschleunigt zu werden.
Durch die Elektro-Maschine kann der Radschlupfeinlauf sensitiver geregelt werden, um Reibkräfte dynamischer auf den Untergrund zu übertragen. Im Vergleich zur herkömmlichen ESP-Regelung erfolgt eine effektivere Ausnutzung der Verzögerungszeit, wobei der Bremsweg verkürzt wird, indem sowohl ein elektrisches Verzögerungsmomentes ME als auch ein überlagertes mechanisches Verzögerungsmoment MB bereitgestellt wird.
Als Rückfallebene (funktionale Sicherheit) dient die klassische mechanische ABS- Regelung durch das ESP Steuergerät.
Zur Verminderung von Schwingungen im Antriebsstrang kann bei der Verzögerung des Fahrzeugs der beschriebene sensitive und dynamische Bremsregel-Eingriff durch die mindestens eine Elektro-Maschine außerhalb der Eigenfrequenzen des Antriebstranges (Seitenwellen, Elektro-Maschine, Motorlager, etc.) erfolgen.
Durch den elektrischen Anteil des Verzögerungsmomentes ME während des Verzögerungsvorgangs können elektrische Reibungsverluste und Verschleiß am Bremsregelsystem (Bremsbelag, Bremsscheibe, Bremssattel) verringert werden.
Die Auslegung der thermischen Anforderungen kann optimiert werden, indem Material und somit Gewicht eingespart wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann eine Verkürzung des Bremswegs durch die schnell regelbaren Verzögerungsmomente ME, das heißt Rekuperations-Momente, der Elektro-Maschine erreicht werden, indem das Verzögerungsmoment ME geregelt wird, bevor die Räder stehen (bei ABS-Bremsung müssen die blockierten Räder wieder angeschoben/beschleunigt werden). Erfindungsgemäß erfolgt die Detektion des Radschlupfes und das Einregeln des optimalen Radschlupfes im Verzögerungsvorgang. Dynamische Momenten-Anpassungen zur radindividuellen Verzögerung und Beschleunigung sind möglich.
Ein zum Blockieren neigendes Rad kann dadurch frühzeitig erfasst werden und das radindividuelle Schlepp-Moment kann dynamisch innerhalb der vorgegebenen ESP Momenten-Grenzen angepasst werden, ohne dass das Rad zum Stillstand kommen muss.
Darüber hinaus meldet die Elektro-Maschine dem ESP-Steuergerät ständig ein aktuell an der E-Maschine absetzbares Schleppmoment (Ist-Rad-Bremsmoment), was dann in der Bestimmung der Bremsung und im Rahmen der Gesamtverzögerung berücksichtig werden kann. Auch kann sich das verzögernde Bremsmoment des Kraftfahrzeugs oder genauer an den einzelnen Rädern des Kraftfahrzeugs aus einem elektrischem Verzögerungsmoment und gegebenenfalls einem ergänzendem Verzögerungsmoment der mechanischen Betriebsbremse zusammen setzen, um das Fahrzeugs zu verzögern wenn der Verzögerungswunsch oder die Verzögerungsvorgabe das maximal über die Achse beziehungsweise das Rad absetzbares Schlepp-Moment durch die Elektro-Maschine übersteigt. Damit kann auch ausgehend von einem Sockelbeitrag des Verzögerungsmoment der mechanischen Betriebsbremse weit unterhalb eines zu erwartenden Schlupfmomentes des Rades zu einem Gesamtverzögerungsmoment, eine dynamische Regelung durch die Elektro-Maschine effizienter und sensitiver erfolgen, da das restliche elektrischem Verzögerungsmoment zum Gesamtverzögerungsmoment ebenfalls die Vorteile der vorliegenden Erfindung aufweist.
Damit kann die Erfindung auch eine Anwendung finden, wenn das vorgegebene Verzögerungsmoment das maximale Verzögerungsmoment, das durch die Elektro- Maschine aufgebracht werden kann, also das maximale elektrische Verzögerungsmoment überschreitet. Hierbei wird dann durch die mechanische Betriebsbremse nur ein Teil des vorgegebene Verzögerungsmomentes aufgebracht, welches weit genug von einem zu erwartendem Schlupfmoment des Rades entfernt ist und auch klein genug um das restliche elektrische Verzögerungsmoment nicht unnötig zu reduzieren, so dass weiterhin eine effiziente Rekuperationsbremsung und Schlupferkennung anhand der vorliegenden Erfindung möglich ist. Die Verteilung der Anteile der Verzögerungsmomente kann dabei von verschiedenen Parametern abhängen, wie zum Beispiel einem Gesamtverzögerungsmoment und/oder einem Fahrmodus des Kraftfahrzeugs und/oder einem vorgegebenen Verzögerungsmoment und/oder einem maximalen elektrischen Verzögerungsmoment und/oder einem Ladezustand der Batterie und/oder einer Temperatur der Batterie und/oder Umgebungsbedingungen und/oder einem Schlupfmoment des Rades.
Zur Verminderung von Antriebsstrang-Schwingungen ist eine dynamische Momenten- Anpassung außerhalb der immanenten Eigenfrequenzen möglich.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann eine Verminderung/Vermeidung des klassischen ESP/ABS-Regeleingriffs erreicht werden. Außerdem werden energetische Reibungsverluste und Verschleiß am Bremsregelsystem (BRS) verringert und die Masse der Bremskomponenten und somit des Kraftfahrzeugs kann verringert werden. Bezugszeichenliste t Zeit
W Verzögerungswunsch MB Verzögerungsmoment ME Verzögerungsmoment

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere Räder, mindestens eine Elektro-Maschine als Antrieb, eine Betriebsbremse und eine Fahrdynamikregelung, wobei die Räder mittels eines von der Betriebsbremse aufgebrachten Verzögerungsmoments (MB) und zumindest teilweise durch ein von der Elektro-Maschine aufgebrachtes Verzögerungsmoment (ME) abbremsbar sind, wobei der Schlupf, der infolge von Bremsen und/oder von Eingriffen der Fahrdynamikregelung auftritt, zumindest primär durch Anpassung des von der Elektro-Maschine aufgebrachten Verzögerungsmoments (ME) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bedarfsweise zur Schlupfregelung oder zum Andrehen eines blockierten Rades mittels der Elektro-Maschine ein Antriebsmoment aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Achse des Kraftfahrzeugs über ein Differenzial von der Elektro- Maschine angetrieben wird, wobei die Elektro-Maschine bei einem Verzögerungswunsch (W) einen erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Wellendrehzahl, die durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegeben wird, erfasst und regelt, wobei die Raddrehzahl und das Rad-Drehmoment durch die Elektro-Maschine erfasst und das Rad-Drehmoment geregelt wird, derart, dass das abgebremste Rad in einem durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegebenen Schlupfbereich betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung und Regelung des Radschlupfes . präventiv durch das Verzögerungsmoment (ME) der Elektro-Maschine und die Raddrehzahl erfolgt, derart, dass ein Blockieren des Rades und eine Erhöhung des Radschlupfes erkannt und der Radschlupf geregelt wird, bevor es zum Stehen des abgebremsten Rades kommt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektro-Maschine dem Steuergerät der Fahrdynamikregelung ein maximal über die Achse absetzbares Schlepp-Moment indiziert, und das Steuergerät der Fahrdynamikregelung bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs oder gleichbleibendem Verzögerungswunsch (W) einer Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes (ME) durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes (MB) der Betriebsbremse entgegenwirkt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung des Radschlupfes durch die zulässige minimale Wellendrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro-Maschine und/oder durch Aufprägen eines beidseitigen mechanischen Verzögerungsmomentes (MB) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rad des Kraftfahrzeugs mittels einer jeweiligen Elektro-Maschine angetrieben wird, wobei die Elektro-Maschine bei einem Verzögerungswunsch (W) einen erhöhten Radschlupfeinlauf mittels ausgewerteter Raddrehzahlen in Bezug auf eine limitierende minimale Wellendrehzahl, die durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegeben wird, erfasst und regelt, wobei die Raddrehzahl durch die Elektro-Maschine erfasst und das Rad-Drehmoment durch die Elektro- Maschine geregelt wird, derart, dass das abgebremste Rad in einem durch ein Steuergerät der Fahrdynamikregelung vorgegebenen Schlupfbereich betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektro-Maschine dem Steuergerät der Fahrdynamikregelung ein maximal absetzbares Schlepp-Moment indiziert, und das Steuergerät der Fahrdynamikregelung bei gleichbleibender Verzögerung des Fahrzeugs oder gleichbleibendem Verzögerungswunsch (W) einer Verringerung des elektrischen Verzögerungsmomentes (ME) durch Erhöhung des Verzögerungsmomentes (MB) der Betriebsbremse entgegenwirkt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung des Radschlupfes durch die zulässige minimale Wellendrehzahl und somit erhöhten Rad-Schlupfeinlauf durch die Elektro-Maschine und/oder durch Aufprägen eines radindividuellen mechanischen Verzögerungsmomentes (MB) erfolgt.
9. Kraftfahrzeug, umfassend mehrere Räder, mindestens eine Elektro-Maschine als Antrieb, eine Betriebsbremse und eine Fahrdynamikregelung, wobei die Räder mittels eines von der Betriebsbremse aufgebrachten Verzögerungsmoments (MB) und zumindest teilweise durch ein von der Elektro-Maschine aufgebrachtes Verzögerungsmoment (ME) abbremsbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
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