DE102010034483A1 - Elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges - Google Patents

Elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges Download PDF

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsfunktion eines Fahrzeuges mittels einer Asynchronmaschine sicherzustellen, auch wenn ein generatorischer Betrieb der Asynchronmaschine nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird eine elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges mit einer elektrischen Asynchronmaschine vorgeschlagen, wobei die Asynchronmaschine über eine Energieübertragungsschaltung mit einem Traktionsakkumulator verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine zum Zweck einer Gleichstrombremsung mit einer Gleichstromquelle verbindbar ist, wobei Schaltungsmittel zum Verbinden der elektrischen Maschine mit der Gleichstromquelle in Abhängigkeit von einem Signal vorgesehen sind, wobei das Signal Informationen darüber enthält, ob die Asynchronmaschine generatorisch betrieben werden kann oder nicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Wie allgemein bekannt, werden zum Antrieb von Fahrzeugen Verbrennungskraftmaschinen sowie elektrische Maschinen genutzt. Weiterhin ist es vorbekannt, bei Fahrzeugen sogenannte „brake-by-wire-Systeme” vorzusehen, wobei in Abhängigkeit der Betätigung eines Bremspedals die Ansteuerung von elektrischen Aktuatoren erfolgt. Eine Ansteuerung der elektrischen Aktuatoren bewirkt beispielsweise in Verbindung mit allgemein bekannten Scheibenbremsen ein Verzögern des Fahrzeuges. Beispielsweise aus der DE 69416014 ist ein Fahrzeug vorbekannt, das sowohl mittels einer Verbrennungskraftmaschine als auch mittels einer elektrischen Maschine oder beider Maschinen zusammen betrieben werden kann und das über derartige elektrische Bremsen verfügt. Insbesondere ist eine Asynchronmaschine mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden. Der Stator der Asynchronmaschine ist über eine Steuerungs- und Energieübertragungsschaltung mit einem Traktionsakkumulator beziehungsweise einem Hochvoltakkumulator verbunden. Insbesondere umfasst diese Schaltung einen Wechselrichter, so dass ein Wechselstrom zum Betrieb der Asynchronmaschine bereitsteht. Die Asynchronmaschine kann einerseits motorisch zum Antrieb und andererseits generatorisch zum Verzögern des Fahrzeuges betrieben werden. Zusammengefasst kann das Fahrzeug mittels der generatorisch betriebenen Asynchronmaschine und/oder den elektrisch betätigten Bremsen verzögert werden. Mit anderen Worten verfügt das Fahrzeug über zwei unabhängige Bremssysteme. Bei einem Fahrzeug gemäß der DE 69416014 ist es jedoch von Nachteil, dass wenn beispielsweise die Energieübertragung zwischen der Asynchronmaschine und dem Traktionsakkumulator gestört ist, kein generatorischer Betrieb der Asynchronmaschine möglich ist. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass Wechselrichter beim Fahrzeugeinsatz relativ häufig ausfallen. Auch in dem Fall, dass die für den sicheren Betrieb der elektrischen Maschine notwendige Kühlung gestört ist, kann eine Bremsung des Fahrzeuges mittels der elektrischen Maschine nicht sichergestellt werden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch dann noch eine Bremsfunktion mittels der Asynchronmaschine sicherzustellen, wenn ein generatorischer Betrieb der Asynchronmaschine nicht möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird mittels einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird eine elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges mit einer elektrischen Asynchronmaschine vorgeschlagen, wobei die Asynchronmaschine über eine Energieübertragungsschaltung mit einem Traktionsakkumulator verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine zum Zweck einer Gleichstrombremsung mit einer Gleichstromquelle verbindbar ist, wobei Schaltungsmittel zum Verbinden der elektrischen Maschine mit der Gleichstromquelle in Abhängigkeit von einem Signal vorgesehen sind, wobei das Signal Informationen darüber enthält, ob die Asynchronmaschine generatorisch betrieben werden kann oder nicht. Beispielsweise enthält das Signal Informationen über den Status der Verbindung zwischen dem Traktionsakkumulator und der elektrischen Maschine oder über den Status der Funktionsfähigkeit der Energieübertragungsschaltung oder über den Status der Kühlung der Asynchronmaschine. Erfindungsgemäß wird in einer Ausführung vorgeschlagen, dass die Asynchronmaschine zum Zweck einer Gleichstrombremsung mit einer von dem Traktionsakkumulator unabhängigen Gleichstromquelle verbindbar ist. Erfindungsgemäß wird in einer weiteren Ausführung vorgeschlagen, dass die Asynchronmaschine zum Zweck einer Gleichstrombremsung über einen von der Energieübertragungsschaltung unabhängigen Bypass mit dem Traktionsakkumulator verbindbar ist. Insbesondere kann die Asynchronmaschine zum Zweck einer Gleichstrombremsung über einen von der Energieübertragungsschaltung unabhängigen Bypass mit einzelnen Zellen des Traktionsakkumulators oder einer Gruppe von Zellen des Traktionsakkumulators verbunden werden. Erfindungsgemäß ist es so zum Beispiel vergleichsweise unaufwändig möglich, bei Wegfall der Möglichkeit, die Asynchronmaschine generatorisch zu betreiben, dennoch eine Restbremsfunktion als redundantes Bremssystem zu einem elektrischen Bremssystem sicherzustellen. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich einfach nur durch eine Zuschaltung eines Gleichstroms, ohne die Notwendigkeit eine Software oder ähnliches verwenden zu müssen, stets ein unabhängige und zuverlässige Rückfallebene bereitstehen zu haben. Die mit einer Gleichstrombremsung verbundene Temperaturerhöhung der elektrischen Maschine ist vergleichsweise gering und wird durch die ohnehin vorhandene Kühlung kompensiert. Der Gleichstrom kann dem 12 V-Bordnetz des jeweiligen Fahrzeuges als unabhängige Quelle direkt mit einem minimalen Aufwand an Schaltungstechnik entnommen werden. Die Entnahme eines Gleichstroms kann ebenfalls ohne großen Aufwand über einen von der Energieübertragungsschaltung unabhängigen Bypass aus dem Traktionsakkumulator erfolgen. Das Fahrzeug kann beispielsweise rein elektrisch betrieben sein. Das Fahrzeug kann auch ein so genanntes Hybridfahrzeug sein, also eine serielle oder parallele Kombination einer Verbrennungskraftmaschine und einer oder mehrerer elektrischer Maschinen, die insbesondere als Asynchronmaschinen ausgeführt sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Fahrzeug 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, die insbesondere als Drehstrom-Asynchronmaschine ausgeführt ist, also beispielsweise mit einem Kurzschlussläufer und einem Stator mit Statorwicklungen. Die Statorwicklungen der elektrischen Maschine 2 werden über eine Energieübertragungsschaltung 3, die einen Wechselrichter umfasst, aus einem Hochvoltakkumulator 4 gespeist. Der Hochvoltakkumulator 4 wird allgemein auch als Traktionsakkumulator bezeichnet. Die elektrische Maschine 2 ist mit dem Antriebsstrang 5 zum Antrieb des Fahrzeuges 1 verbunden. Die elektrische Maschine 2 ist weiterhin über eine Kupplung 6 mit einer Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden. Ist die Kupplung 6 geöffnet, wird das Fahrzeug 1 allein mittels der elektrischen Maschine 2 angetrieben. Ist die Kupplung 6 geschlossen, wird das Fahrzeug 1 gemeinsam von der elektrischen Maschine 2 und der Verbrennungskraftmaschine 7 angetrieben. Die elektrische Maschine 2 kann generatorisch betrieben werden, wie allgemein bekannt, so dass der Hochvoltakkumulator 4 von der elektrischen Maschine 2 gespeist beziehungsweise geladen werden kann. Mit anderen Worten verfügt das Fahrzeug 1 über eine erste Bremsinstanz, durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2. Das Fahrzeug 1 verfügt weiterhin über eine zweite Bremsinstanz, nämlich ein so genanntes „brake-by-wire-System”. Dieses System umfasst Bremsscheiben 8, elektrische Aktuatoren 9 und ein Bremssteuergerät 10. Dem Bremssteuergerät 10 wird in Abhängigkeit der Betätigung eines Bremspedals ein Signal 11 zugeführt. Das Bremssteuergerät 10 erzeugt in Abhängigkeit von dem Signal 11 Ansteuersignale 12, die den elektrischen Aktuatoren 9 zugeführt werden, so dass das Fahrzeug 1 verzögert werden kann. Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 1 ein Bordnetz 13 mit einer Gleichspannung von beispielsweise 12 V. Das Bordnetz 13 steht in Verbindung mit nicht gezeigten Verbrauchern und einer von dem Hochvoltakkumulator 4 unabhängigen Quelle 14, beispielsweise einem gängigen 12 V-Starterakkumulator. Angenommen, die Energieübertragungsschaltung 3 ist nicht funktionstüchtig, da der Wechselrichter ausgefallen ist, oder die Verbindung zwischen dem Traktionsakkumulator 4 und der elektrischen Maschine 2 ist auf andere Weise gestört oder unterbrochen oder aber die für einen sicheren Betrieb der elektrischen Maschine 2 notwendige Kühlung ist ausgefallen oder nicht ausreichend, dann ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine 2 in Verbindung mit einer Aufladung des Hochvoltakkumulators 4 nicht mehr möglich. Erfindungsgemäß ist es in einer Ausführung zur Sicherstellung einer weiteren Bremsinstanz vorgesehen, die elektrische Maschine 2 mit dem 12 V-Bordnetz, also mit der von dem Hochvoltakkumulator 4 unabhängigen Quelle 14 zu verbinden, so dass mittels der elektrischen Maschine 2 eine Gleichstrombremsung erfolgen kann beziehungsweise eine von der Bremsinstanz in Form des „brake-by-wire-Systems” unabhängige Verzögerung des Fahrzeuges 1 sichergestellt ist. Insbesondere werden die Statorwicklungen der elektrischen Maschine 2 mit dem 12 V-Bordnetz verbunden, so dass an den Wicklungen der Asynchronmaschine eine Gleichspannung anliegt, also ein Gleichstrom fließt und eine Gleichstrombremsung der Asynchronmaschine erfolgt. Das Verbinden der elektrischen Maschine 2 mit dem 12 V-Bordnetz, also mit der von dem Hochvoltakkumulator 4 unabhängigen Quelle 14, erfolgt in Abhängigkeit von einem Signal, das Informationen darüber enthält, ob die elektrische Maschine 2 generatorisch betrieben werden kann oder nicht, also das insbesondere Informationen über den Status der Verbindung zwischen dem Hochvoltakkumulator 4 und der elektrischen Maschine 2 oder Informationen über den Status der Funktionsfähigkeit des Wechselrichters 3 oder Informationen über den Status der Kühlung der elektrischen Maschine 2 enthält, mittels eines Schalters 15. Erfindungsgemäß ist es in einer weiteren Ausführung zur Sicherstellung einer zusätzlichen Bremsinstanz vorgesehen, die elektrische Maschine 2 über einen von der Energieübertragungsschaltung 3 unabhängigen Bypass 3' mit dem Hochvoltakkumulator 4 zu verbinden, so dass mittels der elektrischen Maschine 2 eine Gleichstrombremsung erfolgen kann beziehungsweise eine von der Bremsinstanz in Form des „brake-by-wire-Systems” unabhängige Verzögerung des Fahrzeuges 1 sichergestellt ist. Beispielsweise werden die Statorwicklungen der elektrischen Maschine 2 mit einer Gruppe von Zellen des Traktionsakkumulators 4 verbunden, so dass an den Wicklungen der Asynchronmaschine 2 eine Gleichspannung anliegt, also ein Gleichstrom fließt und eine Gleichstrombremsung der Asynchronmaschine 2 erfolgt. Das Verbinden der elektrischen Maschine 2 mit dem Traktionsakkumulator 4 erfolgt in Abhängigkeit von einem Signal, das Informationen darüber enthält, ob die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden kann oder nicht, also insbesondere Informationen über den Status der Verbindung zwischen dem Hochvoltakkumulator 4 und der elektrischen Maschine 2 oder Informationen über den Status der Funktionsfähigkeit der Energieübertragungsschaltung 3 oder aber Informationen über den Status der Kühlung der elektrischen Maschine 2 enthält, mittels eines Schalters 15'.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    elektrische Maschine, Asynchronmaschine
    3
    Energieübertragungsschaltung, Wechselrichter
    3'
    Bypass
    4
    Hochvoltakkumulator
    5
    Antriebsstrang
    6
    Kupplung
    7
    Verbrennungskraftmaschine
    8
    Bremsscheiben
    9
    elektrische Aktuatoren
    10
    Bremssteuergerät
    11
    Signal
    12
    Ansteuersignal
    13
    Bordnetz
    14
    Quelle, Spannungsquelle, Stromquelle, Gleichstromquelle
    15
    Schalter
    15'
    Schalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 69416014 [0002, 0002]

Claims (5)

  1. Elektrische Notbremseinrichtung zum Abbremsen eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges (1) mit einer elektrischen Asynchronmaschine (2), wobei die Asynchronmaschine über eine Energieübertragungsschaltung (3) mit einem Traktionsakkumulator (4) verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine (2) mit dem Antriebsstrang (5) des Fahrzeuges (1) verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine (2) zum Zweck einer Gleichstrombremsung mit einer Gleichstromquelle (4, 14) verbindbar ist, wobei Schaltungsmittel (15, 15') zum Verbinden der elektrischen Maschine (2) mit der Gleichstromquelle (4, 14) in Abhängigkeit von einem Signal vorgesehen sind, wobei das Signal Informationen darüber enthält, ob die Asynchronmaschine (2) generatorisch betrieben werden kann oder nicht.
  2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, wobei das Signal Informationen über den Status der Verbindung zwischen dem Traktionsakkumulator (4) und der elektrischen Maschine (2) oder über den Status der Funktionsfähigkeit der Energieübertragungsschaltung (3) oder über den Status der Kühlung der Asynchronmaschine (2) enthält.
  3. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Asynchronmaschine (2) zum Zweck einer Gleichstrombremsung mit einer von dem Traktionsakkumulator (4) unabhängigen Gleichstromquelle (14) verbindbar ist.
  4. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Asynchronmaschine (2) zum Zweck einer Gleichstrombremsung über einen von der Energieübertragungsschaltung (3) unabhängigen Bypass (3') mit dem Traktionsakkumulator (4) verbindbar ist.
  5. Einrichtung nach Patentanspruch 4, wobei die Asynchronmaschine (2) über den von der Energieübertragungsschaltung (3) unabhängigen Bypass (3') mit einzelnen Zellen des Traktionsakkumulators (4) oder einer Gruppe von Zellen des Traktionsakkumulators (4) verbindbar ist.
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