DE102010003076A1

DE102010003076A1 - Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes und Radbremsschlupfregelsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102010003076A1
Application number: DE102010003076A
Authority: DE
Inventors: Akos 93049 Semsey; Michael 93138 Döricht
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-08-18
Also published as: WO2011015422A1; CN102574511A; US8577531B2; CN102574511B; KR20120054033A; US20120130581A1; EP2462013A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb (2), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen eines Bremssignals (14) mittels einer Schlupfregeleinrichtung (9), wobei die Schlupfregeleinrichtung (9) zum Regeln eines vorbestimmten Schlupfwertes eines Rads (1) des Fahrzeugs ein Elektroantriebssignal (15) und ein Reibungsbremssignal (16) erzeugt, Übermitteln des Elektroantriebssignals (15) an eine Elektroantriebsregeleinrichtung (6) und Übermitteln des Reibungsbremssignals (16) an eine Reibungsbremsregeleinrichtung (12), wobei die Reibungsbremsregeleinrichtung (12) eine Reibungsbremse (10) des Rads (1) entsprechend dem Reibungsbremssignal (16) zum Erzeugen eines Reibungsbremsdrehmoments betätigt und die Elektroantriebsregeleinrichtung (6) den Elektroantrieb (2) entsprechend dem Elektroantriebssignal (15) zum Erzeugen eines Elektroantriebsdrehmoments betätigt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Radbremsschlupfregelsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes und ein Radbremsschlupfregelsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie ein Computerprogramm.
Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb, welcher einen Elektromotor aufweist, generatorisch bremsen können. Beim generatorischen Bremsen wird der Elektromotor als Bremse betrieben, indem der Elektromotor als Generator betrieben wird.
Es ist auch bekannt, dass diese generatorische Bremsung ausgeschaltet wird, sobald eine Fahrdynamikregelung aktiv wird. Beispielsweise kann die Fahrdynamikregelung ein Antiblockiersystem (ABS), ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), ein ESC (Electronic Stability Control) oder eine Antriebsschlupfregelung (Traction Control System, TCS) sein. Die Fahrdynamikregelung findet dann nur noch über eine Reibungsbremse statt. Eine Reibungsbremse kann zwar ein hohes Reibungsbremsdrehmoment erzeugen. Allerdings weist die Reibungsbremse keine ausreichende Dynamik auf, um sich auf einen schnell oder sprunghaft veränderlichen Straßenreibwert einzustellen. Das bedeutet aber, dass die Fahrdynamikregelung einen Radschlupf nicht mehr in einem stabilen Bereich halten kann. Hierunter leidet eine Stabilität des Fahrzeugs bezüglich des Fahrverhaltens. Das heißt, dass das Fahrzeug unter Umständen aus einer Fahrspur ausbrechen kann, was ein erhöhtes Unfallrisiko mit sich nachzieht.
Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die Betätigung der Reibungsbremse diese einen erhöhten Abrieb aufweist, was eine erhöhte Menge an gesundheitsgefährdendem Feinstaub zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes und ein Radbremsschlupfregelsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie ein Computerprogramm zu schaffen, welche die obigen Nachteile überwinden.
Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach dem unabhängigen Anspruch 1, mittels eines Radbremsschlupfregelsystem nach dem unabhängigen Anspruch 7 und mittels eines Computerprogramms nach dem unabhängigen Anspruch 10.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes umfasst den Gedanken, dass, wenn eine Fahrdynamikregelung aktiv wird, diese nicht nur mittels einer Reibungsbremse, sondern auch unter Zuhilfenahme des Elektroantriebs durchgeführt wird. Die mittels der Schlupfregeleinrichtung erzeugten Elektroantriebssignale und Reibungsbremssignale entsprechen hierbei insbesondere Sollwerten bzw. Zielwerten. Der Elektroantrieb erzeugt ein Elektroantriebsmoment, welches positiv oder negativ sein kann, wobei der Elektroantrieb einen Elektromotor umfasst. Ein positives Elektroantriebsdrehmoment bewirkt einen Antrieb des Rads. Ein negatives Elektroantriebsdrehmoment bewirkt eine Bremsung des Rads. In diesem Fall wird der Elektromotor als Generator betrieben. Ein negatives Elektroantriebsdrehmoment wird im Folgenden auch als ein generatorisches Bremsmoment bezeichnet. Das zur Schlupfregelung benötigte Gesamtbremsdrehmoment ergibt sich somit als Summe des Elektroantriebsdrehmomentes und des Reibungsbremsdrehmomentes, wobei die schnellen, in der Amplitude aber verhältnismäßig kleinen Drehmomentänderungen von dem Elektroantrieb erzeugt werden und die restlichen Bremsdrehmomente von der Reibungsbremse erzeugt werden. Insbesondere erzeugt die Reibungsbremse ein Grundbremsdrehmoment, auf welches das Elektroantriebsdrehmoment aufmoduliert wird. In dem erfindungsgemäßen Bremsverfahren wird also eine Schlupfregelung mittels der Reibungsbremse und des Elektroantriebs durchgeführt, weshalb die Schlupfregelung auch als eine kooperative Schlupfregelung bezeichnet werden kann.
Die Vorteile dieser kooperativen Schlupfregelung entstehen insbesondere dadurch, dass der Elektroantrieb sein erzeugtes Elektroantriebsdrehmoment schnell ändern kann und dieses schnell regelbare, aber in der Größe begrenzte Drehmoment das langsamer regelbare, aber betragsmäßig größere Bremsmoment der Reibungsbremse ideal ergänzt. Somit kann sich in vorteilhafter Weise die Fahrdynamikregelung auf sich schnell verändernde Fahrzeugsituationen einstellen, insbesondere wenn sich ein Straßenreibwert ändert.
Wenn im Folgenden von einem Fahrzeug mit einem Elektroantrieb gesprochen wird, sollen damit auch Elektroantriebe umfasst sein, welche mehr als einen Elektromotor aufweisen. Insbesondere kann pro Rad eines Fahrzeuges ein Elektromotor vorgesehen sein. Das heißt, dass jedes Rad individuell mittels eines Elektromotors angetrieben oder gebremst werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug pro Achse nur einen Elektromotor aufweist, wobei hier ein Antrieb oder eine Bremsung der Räder insbesondere mittels eines Differenzialgetriebes erfolgt. Insbesondere im letzteren Fall werden die zur Schlupfregelung von beiden Rädern der Achse benötigten Drehmomente auf einen gemeinsamen hochdynamischen Anteil, welcher mittels des Elektromotors erzeugt wird, und auf zwei weitere radindividuelle Anteile, welche mittels der jeweiligen Reibungsbremsen der Räder erzeugt werden, aufgeteilt. Die Fahrzeugachse kann beispielsweise auch Doppelräder aufweisen. Weiterhin kann das Fahrzeug nicht nur einen Elektroantrieb umfassen, sondern beispielsweise zusätzlich auch einen Benzin- oder einen Dieselmotor. Solche Fahrzeuge werden üblicherweise auch als Hybridfahrzeuge bezeichnet.
Nach einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Elektroantriebsdrehzahlsignal mittels einer mit der Schlupfregeleinrichtung verbundenen Auswerteeinrichtung gemessen und ausgewertet wird. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung auch in die Schlupfregeleinrichtung integriert sein. Ein Elektroantriebsdrehzahlsignal kann insbesondere mittels eines Elektromotorwinkelsensors, beispielsweise ein Elektromotorpositionssensor, erzeugt werden, welcher beispielsweise in dem Elektromotor für eine interne Magnetfeldregelung angeordnet ist. Somit ist in vorteilhafter Weise eine Elektromotordrehzahl, welche einer Raddrehzahl des mit dem Elektromotor verbundenen Rades entspricht, schneller und präziser messbar als in herkömmlichen Schlupfregelsystemen.
Bevorzugterweise kann vorgesehen sein, dass eine hochdynamische Regelung des Elektroantriebsdrehmoments zumindest teilweise in der Elektroantriebsregeleinrichtung ausgeführt wird. Die Elektroantriebsregeleinrichtung erfasst und wertet insbesondere eine Elektroantriebsdrehzahl aus. Insbesondere umfasst die Elektroantriebsregeleinrichtung eine Magnetfeldregelung für den Elektromotor. Somit ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die hochdynamische Regelung der Bremswirkung des Elektromotors ganz oder teilweise in dem gleichen elektronischen Steuergerät abläuft wie die Motordrehzahlauswertung für die Magnetfeldregelung des Elektromotors.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Reibungsbremsdrehmoment kleiner eingestellt als ein Elektroantriebsdrehmoment, wenn ein mittels des Elektroantriebsdrehmomentes erzeugbares generatorisches Bremsmoment größer ist als ein auf einer Fahrbahn beaufschlagbares Bremsmoment. In einer solchen Fahrsituation genügt allein die generatorische Bremswirkung, um das Rad auf einen optimalen Bremsschlupf zu regeln. Insbesondere kann hier gegebenenfalls sogar ganz auf eine Aktivierung der Reibungsbremse verzichtet werden, d. h. dass das Reibungsbremsdrehmoment gleich null ist. Die Reibungsbremse muss also nicht aktiviert bzw. betätigt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Bremsbelagverschleiß erheblich reduziert. Auch Feinstaub- und CO₂-Emissionen werden somit deutlich verringert. Bevorzugterweise wird ein Abstand bzw. ein Luftspalt zwischen einer Bremsbacke und einer Bremsscheibe der Reibungsbremse auf Null eingestellt. Das heißt, dass die Bremsbacke an der Bremsscheibe gerade so schleift, dass dass keine Reibungsbremswirkung erzielt wird. Die Reibungsbremse ist insofern nicht in ihrer Ruheposition. Das hat insbesondere den Vorteil, dass die Reibungsbremse unmittelbar und ohne Zeitverögerung aktiviert werden kann, beispielsweise wenn sich der Straßenreibwert ändert.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, mittels des Elektroantriebs gebildete elektrische Energie zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln, wenn das Elektroantriebsmoment als ein generatorisches Bremsmoment gebildet wird. Hierbei wird insbesondere die während der Bremsung erzeugte Bewegungsenergie als elektrische Energie zumindest teilweise einem elektrischen Widerstand, insbesondere einem Bremswiderstand, beispielsweise einem geregelten Bremswiderstand, zugeführt, welcher diese dann in thermische Energie in Form von Wärme umwandelt. Diese thermische Energie kann beispielsweise durch eine Kühlung abgeführt oder als Nutzwärme für weitere Funktionen, beispielsweise eine Fahrgastraumheizung, verwendet werden. Der Anteil der während der Bremsung erzeugten elektrischen Energie, welcher nicht in thermische Energie umgewandelt wird, wird insbesondere in einen elektrischen Energiespeicher zurückgespeist, so dass diese elektrische Energie zu späteren Zeitpunkten elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden kann. Es kann aber insbesondere auch vorgesehen sein, zumindest einen Teil dieses Anteils direkt einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern zuzuführen. Bevorzugterweise kann auch mittels einer überdimensionierten Regelung des Elektroantriebs eine Blindleistung in dem Elektromotor erzeugt werden, ohne dass sich das Elektroantriebsdrehmoment ändert. Die dadurch erzeugte zusätzliche elektrische Verlustleistung wird mit der Motorkühlung weggeführt und somit wirken die Wicklungen im Elektromotor als integrierter Bremswiderstand.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm kann beispielsweise in einer Firmware gespeichert sein, wobei die Firmware insbesondere in der Schlupfregeleinrichtung implementiert sein kann. Bevorzugterweise wird die Firmware teilweise in der Schlupfregeleinrichtung und teilweise in der Elektroantriebsregeleinrichtung implementiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen
1 eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäßen Radbremsschlupfregelsystems mit mehreren Fahrzeugkomponenten, und
2 zwei Graphen, welche ein Verhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fahrsituation mit variierendem Fahrbahnreibwert zeigen.
Gemäß 1 ist ein Rad 1 eines Fahrzeuges (nicht gezeigt) mit einem Elektroantrieb 2 mittels einer mechanischen Verbindung 3 verbunden. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad sein. Der Elektroantrieb 2 umfasst einen Elektromotor (nicht gezeigt). In einer anderen beispielhaften nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann der Elektroantrieb 2 auch mehrere Elektromotoren umfassen, so dass jedes Rad des Fahrzeugs individuell mittels eines Elektroantriebs angetrieben oder gebremst werden kann. In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung treibt der Elektromotor 2 über ein Differenzialgetriebe eine Achse des Fahrzeuges an. Insbesondere kann die Achse Doppelräder umfassen.
Der Elektroantrieb 2 kann entweder das Rad 1 antreiben oder, wenn der Elektromotor als Generator betrieben wird, ein generatorisches Bremsmoment erzeugen, so dass das Rad abgebremst wird. Der Elektroantrieb 2 umfasst ferner einen Elektromotorwinkelsensor 4, welcher ein Elektromotorantriebssignal 5 erzeugt, wobei das Elektromotorantriebssignal 5 einem Elektromotorpositionssignal oder Elektromotordrehzahlsignal entspricht. Das Elektromotorantriebssignal 5 bzw. das Elektromotorpositionssignal wird an eine Elektroantriebsregeleinrichtung 6 übermittelt. In der Elektroantriebsregeleinrichtung 6 ist eine Auswerteeinrichtung 7 integriert, welche das Elektromotorantriebssignal 5 misst und auswertet. Das ausgewertete Elektromotorantriebssignal 5 entspricht einem Elektromotordrehzahlsignal 8, welches an eine Schlupfregeleinrichtung 9 übermittelt wird. Somit kann eine Elektromotordrehzahl gemessen werden.
Das Rad 1 kann ferner mittels einer Reibungsbremse 10 gebremst werden, welche einen Reibungsbremsaktuator 11 umfasst. Die Reibungsbremse 10 wird mittels einer Reibungsbremsregeleinrichtung 12 geregelt bzw. gesteuert. Die Reibungsbremsregeleinrichtung 12 ist ferner ausgebildet, Reibungsbremszustandssignale 13 an die Schlupfregeleinrichtung 9 zu übermitteln. Beispielsweise können Reibungsbremszustandssignale 13 einem Bremsdruck, Bremszuspannkraft, Bremsdrehmoment oder einer Bremstemperatur entsprechen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Reibungsbremse 10 als eine hydraulische Reibungsbremse ausgebildet. In einer nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann die Reibungsbremse 10 insbesondere als eine elektromechanische Reibungsbremse ausgebildet sein.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Radbremsschlupfes näher beschrieben.
Die Schlupfregeleinrichtung 9 erfasst ein Bremssignal 14. Das Bremssignal 14 kann insbesondere aus Signalen entsprechend einer Bremspedalbetätigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Lenkwinkel, einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung berechnet werden. Die Schlupfregeleinrichtung 9 erzeugt in Abhängigkeit von dem erfassten Bremssignal 14 ein Elektroantriebssignal 15 und ein Reibungsbremssignal 16. Das Elektroantriebssignal 15 wird an die Elektroantriebsregeleinrichtung 6 übermittelt. Das Reibungsbremssignal 16 wird an die Reibungsbremsregeleinrichtung 12 übermittelt.
Die Reibungsbremsregeleinrichtung 12 wird abhängig vom Reibungsbremssignal 16 ein Reibungsbremsaktuatorsignal 17 erzeugen und dieses an die Reibungsbremse 10 übermitteln. Die Reibungsbremse 10 wird abhängig vom Reibungsbremsaktuatorsignal 17 den Reibungsbremsaktuator 11 betätigen. Der Reibungsbremsaktuator 11 erzeugt ein Reibungbremsdrehmoment, welches das Rad 1 bremst.
Weiterhin wird die Elektroantriebsregeleinrichtung 6 abhängig von dem übermittelten Elektroantriebssignal 15 ein Elektroantriebsregelsignal 18 erzeugen und zum Regeln des Elektroantriebs 2 das Elektroantriebsregelsignal 18 an den Elektroantrieb 2 übermitteln. Der Elektroantrieb 2 wird entsprechend dem Elektroantriebsregelsignal 18 ein Elektroantriebsdrehmoment erzeugen. Abhängig davon, ob das Elektroantriebsdrehmoment ein positives oder ein negatives Vorzeichen hat, wird das Rad angetrieben bzw. gebremst. Wenn das Rad gebremst wird, wird das erzeugte Elektroantriebsdrehmoment auch als ein generatorisches Bremsmoment bezeichnet.
Die Schlupfregeleinrichtung 9 erzeugt das Elektroantriebssignal 15 und das Reibungsbremssignal 16 derart, dass ein vorbestimmter Schlupfwert des Rads 1 eingestellt werden kann. Das heißt, dass das resultierende Gesamtbremsdrehmoment aus dem Anteil des von der Reibungsbremse 10 erzeugten Reibungsbremsdrehmomentes und des von dem Elektroantrieb 2 erzeugten Elektroantriebsdrehmoments das Rad 1 nicht langsamer drehen lässt als durch einen der Schlupfregeleinrichtung 9 bekannten vorbestimmten Schlupfwert, wobei dieser Schlupfwert insbesondere so gewählt ist, dass eine Fahrzeugstabilität und eine Bremswirkung optimal sind. Insbesondere wertet die Schlupfregeleinrichtung 9 zur Schlupfregelung das von der Auswerteeinrichtung 7 übermittelte Elektromotordrehzahlsignal 8 aus.
Weiterhin ist die Elektroantriebsregeleinrichtung 6 mit einem elektrischen Widerstand 19 verbunden, welcher mit einer Speichereinrichtung 20 zum Speichern von thermischer Energie verbunden ist. Der elektrische Widerstand 19 kann beispielsweise ein Bremswiderstand, insbesondere ein geregelter Bremswiderstand, sein. In einer nicht gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstand 19 und/oder die Speichereinrichtung 20 in die Elektroantriebsregeleinrichtung 6 integriert ist/sind. In einer weiteren nicht gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Elektroantrieb 2 den elektrischen Widerstand 19 umfasst. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass mittels des Elektroantriebs 2 erzeugte elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt werden kann. Mittels der Speichereinrichtung 20 ist ist ermöglicht, die mittels des elektrischen Widerstands 19 umgewandelte thermische Energie zu speichern, um diese dann beispielsweise zu einer späteren Zeit einer Fahrgastzelle zur Beheizung zur Verfügung zu stellen.
2 zeigt zwei Graphen, welche das Verhalten einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radbremsschlupfregelsystem bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fahrsituation mit variierendem Fahrbahnreibwert näher erläutern. In dem oberen Graphen ist die Geschwindigkeit über die Zeit aufgetragen, wobei hier willkürliche Einheiten für die Achsen gewählt sind. Aufgetragen sind die Fahrzeuggeschwindigkeit V_v, eine Radzielgeschwindigkeit V_t und eine Radgeschwindigkeit V_w.
In dem unteren Graphen in der 2 sind die einzelnen Drehmomente T über der Zeit t aufgetragen, wobei auch hier willkürliche Einheiten gewählt sind. Aufgetragen ist ein Fahrerbremswunschdrehmoment T_d. Dieses Drehmoment T_d ist das vom Fahrer aufgrund seiner Bremspedalbetätigung vorgegebene Gesamtbremsdrehmoment, welches aber unter Umständen so nicht vollständig auf die Straße als Bremswirkung übertragbar ist, insbesondere wenn die Fahrbahn nass oder vereist ist. Allerdings fließt dieses Fahrerbremswunschdrehmoment T_d bei der Berechnung des Bremssignals 14 mit ein. Weiterhin gezeigt sind ein Elektroantriebsdrehmoment T_g, ein Reibungsbremsdrehmoment T_f und das aus dem Elektroantriebsdrehmoment T_g und Reibungsbremsdrehmoment T_f resultierende Gesamtbremsdrehmoment T_t.
Zur Zeit t₁ betätigt der Fahrer das Bremspedal. Wie aus dem unteren Graphen ersichtlich, steigt das Signal T_d schnell auf einen Wert an, welcher nicht vollständig auf die Straße als Bremswirkung übertragbar ist. Die Schlupfregeleinrichtung 9 wird also ein Elektroantriebssignal 15 derart erzeugen, dass die Elektroantriebsregeleinrichtung 6 mittels eines entsprechenden Elektroantriebsregelsignals 18 den Elektroantrieb derart regelt, dass der Elektromotor des Elektroantriebs 2 als Generator arbeitet, so dass ein generatorisches Bremsmoment T_g erzeugt wird. Das Elektroantriebssignal 15 entspricht hierbei einem Sollwert. Die Regelung des Elektroantriebs 2 selber wird mittels der Elektroantriebsregeleinrichtung 6 durchgeführt. Das weist insbesondere den Vorteil auf, dass dadurch eine hochdynamische Regelung des Elektroantriebs 2 möglich, da die Kommunikationsverbindung, insbesondere eine Bus-Verbindung, zwischen der Elektroantriebsregeleinrichtung 6 und dem Elektroantrieb 2 viel schneller ist als eine Kommunikationsverbindung zwischen der Schlupfregeleinrichtung 9 und der Elektroantriebsregeleinrichtung 6, welche üblicherweise im Bereich von größer als 10 ms liegt. Wie aus dem unteren Graphen ersichtlich, steigt dieses generatorische Bremsmoment T_g sehr schnell auf seinen Maximalwert an, um schnellstmöglich eine Bremswirkung zu erzeugen.
Die Schlupfregeleinrichtung 9 wird ferner ein Reibungsbremssignal 16 erzeugen, so dass die Reibungsbremsregeleinrichtung 12 ein entsprechendes Reibungsbremsaktuatorsignal 17 erzeugt und dieses an die Reibungsbremse 10 zur Betätigung des Reibungsbremsaktuators 11 übermittelt. Das Reibungsbremsdrehmoment T_f steigt gegenüber dem generatorischen Bremsmoment T_g langsamer an, übernimmt dann aber den größeren Teil des Gesamtbremsdrehmomentes T_t. Analog entspricht das Reibungsbremssignal 16 einem Sollwert. Die eigentliche Regelung der Reibungsbremse 10 wird mittels der Reibungsbremsregeleinrichtung 12 ausgeführt.
Bis zur Zeit t₂ liegt ein Straßenreibwert vor, welcher die Übertragung von verhältnismäßig hohen Bremskräften erlaubt, die jedoch nicht vollständig an die Fahrervorgabe heranreichen. Das heißt, dass das Rad im schlupfgeregelten Betrieb, beispielsweise einer ABS-Regelung, läuft. Zur Übertragung der für den jeweiligen Straßenreibwert maximal möglichen Bremskraft muss zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit V_v und der Radgeschwindigkeit V_w eine charakteristische Differenz liegen, d. h. das Rad muss auf die vorgegebene Radzielgeschwindigkeit V_t geregelt werden.
Zum Zeitpunkt t₂ vermindert sich der Straßenreibwert sprunghaft auf einen Wert, welcher nur die Übertragung von Bremskräften erlaubt, die deutlich kleiner sind als das Fahrerbremswunschdrehmoment T_d. Das Elektroantriebsdrehmoment T_d des Elektroantriebs 2 wird nun sehr schnell reduziert und der Elektromotor 2 wirkt sogar als Antrieb, um dem sich langsamer reduzierenden und für diesen Straßenreibwert zu großen Reibungsbremsdrehmoment T_f entgegenzuwirken und damit eine Blockierneigung des Rad 1 zu vermindern bzw. das Rad zur schnellen Erreichung der für das optimale Gesamtbremsdrehmoment T_t und für die Fahrzeugstabilität erforderlichen Radzielgeschwindigkeit V_t zu beschleunigen.
Ab dem Zeitpunkt t₃ wird das Reibungsbremsdrehmoment T_f noch etwas weiter reduziert auf einen Wert, welcher in jedem Fall ein Blockieren des Rads 1 aufgrund des gegenwärtig wirkenden Straßenreibwerts ausschließt. Zur Aufrechterhaltung des maximal übertragbaren Bremsmoments wird gegenläufig zur Abnahme des Reibungsbremsdrehmoments T_f dann das Elektroantriebsdrehmoment T_g des Elektromotors wieder erhöht. Das Reibungsbremsdrehmoment T_f stellt somit ein Grundbremsmoment dar, auf das das Elektroantriebsdrehmoment T_g aufmoduliert ist, welches sich sehr schnell an das Schlupfverhalten des Rads 1 anpassen lässt und in vorteilhafter Weise eine hochdynamische Feinkorrektur des Gesamtbremsdrehmomentes T_t erlaubt. Mittels des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens läuft also das Rad mit dem für die Stabilität des Fahrzeugs und den für die Länge des Bremswegs optimalen Schlupfwert. Abhängig vom Straßenreibwert, insbesondere bei einem Niedrigreibwert, benötigt der optimale Bremsschlupf nur ein sehr begrenztes Gesamtbremsdrehmoment T_t, welches sogar fast ausschließlich mittels des Elektroantriebsdrehmoments T_g erzeugt werden kann, so dass ein vernachlässigbares Reibungsbremsdrehmoment T_f erzeugt werden kann. So eine Situation wird ab dem Zeitpunkt t₃ in den Graphen in der 2 dargestellt.
In einer besonders vorteilhaften hier nicht gezeigten Ausgestaltung der Erfindung führt die Elektromotorantriebsregeleinrichtung 6 in einem Wechselrichter (nicht gezeigt) eine integrierte Elektromotordrehzahlregelung durch, welche ihre Zieldrehzahl von der Bremsenregelung/Fahrdynamikregelung vorgegeben bekommt und die hochdynamische Drehmomentregelung im Falle von Schlupfregelungsbedarf selber durchführt.
Dadurch, dass der Elektroantrieb 2 das von ihm erzeugte Antriebs- bzw. generatorische Bremsdrehmoment sehr schnell ändern kann – somit sogar antreibend auf das gebremste Rad wirken kann, sofern dies vorteilhaft für die Einstellung des Radschlupfes ist – und dieses schnell regelbare, aber in der Größe begrenzte Drehmoment das langsamer regelbare, aber betragsmäßig größere Bremsdrehmoment der Reibungsbremse aufmoduliert wird, entstehen insbesondere folgende Vorteile, insbesondere wenn der Elektroantrieb 2 für eine interne Magnetfeldregelung zumindest einen Motorpositionssensor aufweist, da hierdurch eine Motordrehzahl und damit die Raddrehzahl schneller und präziser messbar ist als in herkömmlichen Schlupfregelsystemen:

– Die Fahrdynamikregelfunktionen (ABS, ESC, TCS) können eine viel genauere Schlupfregelung realisieren, wodurch sowohl die Reibwertausnutzung und somit der Bremsweg als auch der Fahrkomfort und die dynamische Fahrwerksbelastung verbessert werden.
– Die Reibungsbremse kann auf kleineren Dynamikbedarf ausgelegt und somit kostengünstiger hergestellt werden.
– Falls die Reibungsbremse als eine hydraulische Reibungsbremse ausgebildet ist, kann deren Modulationsfrequenz für die Bremsdruckregelung reduziert werden, was sich vorteilhaft auf Pedalrückwirkung und Geräuschbildung auswirkt.
– Falls die Reibungsbremse als eine elektromechanische Bremse ausgebildet ist, kann deren Auslegung mehr auf Reduzierung der Herstellungskosten und der Verlustleistungsoptimierung konzentriert werden und weniger auf die sonst kritischen Dynamikanforderungen. Somit kann die elektromechanische Bremse auch als eine elektromechanische Radbremse, insbesondere einer Vorderradbremse, mit einer 12-V-Betriebsspannung ausgebildet sein.
– Verbesserte Fahrdynamikfunktionalität wie beispielsweise verkürzter Bremsweg, reduzierte Pedalvibration und geringere Geräuschentwicklung während der Schlupfregelvorgänge.
– Komfortverbesserung durch reduzierte Pedalvibration während einer ABS-Bremsung, insbesondere bei einer hydraulischen Reibungsbremse.
– Reduzierte dynamische Fahrwerksbelastung während ABS und ESC Regelungen.
– Kostengünstigere Auslegung von Bremsaktuatoren, insbesondere bei einer elektromechanischen Reibungsbremse.

Erfindungsgemäß kann das Computerprogramm insbesondere in einer Fahrdynamikregeleinrichtung gespeichert und ausgeführt werden, insbesondere in einer ABS/VSC („Vehicle Stability Control”, Fahrzeugstabilitätssteuereinrichtung)-Steuereinrichtung.
Zusammenfassend stellt die Erfindung ein Radbremsschlupfregelsystem und ein Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes bereit, welche die jeweiligen Vorteile einer Reibungsbremse und eines Elektroantriebs miteinander kombinieren, so dass eventuelle jeweilige Nachteile ausgeglichen bzw. in synergetischer Weise überwunden werden können.
Bezugszeichenliste

1: Rad
2: Elektroantrieb
3: mechanische Verbindung
4: Elektromotorwinkelsensor
5: Elektromotorantriebssignal
6: Elektroantriebsregeleinrichtung
7: Auswerteeinrichtung
8: Elektromotordrehzahlsignal
9: Schlupfregeleinrichtung
10: Reibungsbremse
11: Reibungsbremsaktuator
12: Reibungsbremsregeleinrichtung
13: Reibungsbremszustandssignale
14: Bremssignal
15: Elektroantriebssignal
16: Reibungsbremssignal
17: Reibungsbremsaktuatorsignal
18: Elektroantriebsregelsignal
19: elektrischer Widerstand
20: Speichereinrichtung zum Speichern von thermischer Energie

Claims

Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb (2), umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen eines Bremssignals (14) mittels einer Schlupfregeleinrichtung (9), wobei die Schlupfregeleinrichtung (9) zum Regeln eines vorbestimmten Schlupfwertes eines Rads (1) des Fahrzeugs ein Elektroantriebssignal (15) und ein Reibungsbremssignal (16) erzeugt, – Übermitteln des Elektroantriebssignals (15) an eine Elektroantriebsregeleinrichtung (6) und Übermitteln des Reibungsbremssignals (16) an eine Reibungsbremsregeleinrichtung (12), wobei – die Reibungsbremsregeleinrichtung (12) eine Reibungsbremse (10) des Rads (1) entsprechend dem Reibungsbremssignal (16) zum Erzeugen eines Reibungsbremsdrehmoments betätigt und die Elektroantriebsregeleinrichtung (6) den Elektroantrieb (2) entsprechend dem Elektroantriebssignal (15) zum Erzeugen eines Elektroantriebsdrehmoments betätigt.
Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach Anspruch 1, wobei die Elektroantriebsregeleinrichtung (6) weiterhin eine Motordrehzahl des Elektroantriebs (2) erfasst und auswertet.
Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels der Reibungsbremse (10) und des Elektroantriebs (2) ein Rad individuell gebremst wird.
Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mittels der Reibungsbremse (10) und des Elektroantriebs (2) zumindest eine Fahrzeugachse gebremst wird.
Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Reibungsbremsdrehmoment kleiner eingestellt wird als das Elektroantriebsdrehmoment, wenn ein mittels des Elektroantriebsdrehmomentes erzeugbares generatorisches Bremsmoment größer ist als ein auf eine Fahrbahn beaufschlagbares Bremsmoment.
Verfahren zur Regelung eines Radbremsschlupfes nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, wenn das Elektroantriebsmoment als ein generatorisches Bremsmoment gebildet wird, mittels des Elektroantriebs (2) gebildete elektrische Energie zumindest teilweise mittels eines elektrischen Widerstandes (19) in thermische Energie umgewandelt wird.
Radbremsschlupfregelsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb (2), mit: – einer Reibungsbremsregeleinrichtung (12), die ausgebildet ist, eine Reibungsbremse (10) eines Rads (1) eines Fahrzeugs zu betätigen, – einer Elektroantriebsregeleinrichtung (6) zum Regeln des Elektroantriebs (2), – einer Schlupfregeleinrichtung (9), welche ausgebildet ist, ein Bremssignal (14) zu erfassen und entsprechend dem erfassten Bremssignal (14) ein Reibungsbremssignal (16) und ein Elektroantriebssignal (15) zum Einstellen eines vorbestimmten Schlupfwertes des Rads zu erzeugen, wobei die Schlupfregeleinrichtung (9) mit der Reibungsbremsregeleinrichtung (12) zum Übermitteln des Reibungsbremssignal (16) und mit der Elektroantriebsregeleinrichtung (6) zum Übermitteln des Elektroantriebssignals (15) verbunden ist.
Radbremsschlupfregelsystem nach Anspruch 7, wobei eine mit der Schlupfregeleinrichtung (9) verbundene Auswerteeinrichtung (7) vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, ein Elektroantriebsdrehzahlsignal (18) zu messen und auszuwerten.
Radbremsschlupfregelsystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Speichereinrichtung (20) zum Speichern von thermischer Energie mit dem Elektroantrieb (2) thermisch verbunden ist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.