DE102010041997A1

DE102010041997A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010041997A1
Application number: DE102010041997A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2012045598A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Fahrpedalwinkel eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs erfasst und Einstellen die Leistung oder das Moment des Generators wird in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels eingestellt.

Description

Stand der Technik
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft das Betreiben, insbesondere das Steuern oder Regeln eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges.
Hinsichtlich der Reduzierung des CO₂-Ausstoßes sowie stetig steigender Kraftstoffpreise steigt die Bedeutung von Rekuperationssystemen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit der CO₂-Emission von Kraftfahrzeugen.
Dabei hat das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeuges einen erheblichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch und damit auf die CO₂-Emission des Kraftfahrzeuges. Eine elektrische Zusatzleistung von 100 W führt beispielsweise zu einem Mehrverbrauch von rund 0,1 l/100 km im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ). Eine Bordnetzlast von 500 W bedeutet in diesem Fall einen Mehrverbrauch von rund 0,5 l/100 km.
Wird zur Versorgung des Bordnetzes die beim Bremsen freiwerdende kinetische Energie oder die bei einer Bergabfahrt freiwerdende potentielle Energie genutzt, so kann dadurch der anteilige Kraftstoffverbrauch und damit die CO₂-Emission reduziert werden. Weiteres Potenzial zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ergibt sich, wenn die elektrische Maschine des Kraftfahrzeuges auch motorisch genutzt wird und somit zum Antriebsmoment des Fahrzeuges beitragen kann (Boost). Durch die daraus entstehende Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges kann eine zusätzliche Kraftstoffeinsparung erreicht werden.
Bei herkömmlichen Rekuperationssystemen, wie zum Beispiel bei einem rekuperativen Generatormanagement auf Basis eines 14-V-Bordnetzes mit einer Bleisäurebatterie als Energiespeicher, werden bei einer aktivierten Schubabschaltung die Generatorspannung und damit die Batterieladeleistung erhöht. Somit wird ein Teil der Bremsenergie beim Segeln und Bremsen zurückgewonnen.
Leistungsfähigere herkömmliche Rekuperationssysteme, zum Beispiel auf Basis einer Lithium-Ionen-Batterie oder eines Doppelschichtkondensators, ermöglichen deutlich höhere Rekuperationsleistungen. Dabei wird die Rekuperationsleistung über das Bremspedal eingestellt oder gesteuert.
Ein bekanntes Konzept zur Regelung der Generatorleistung und damit der Bremsleistung besteht darin, für das Bremspedal einen hydraulischen Leerweg vorzusehen. Das bedeutet, dass das Bremspedal ein Stück gedrückt werden kann, ohne dass Hydraulikdruck und damit hydraulisches Bremsmoment aufgebaut wird. Dazu zeigt die 1 ein Diagramm zur Illustrierung der hydraulischen und der elektrischen Bremsleistung in Abhängigkeit des Bremspedalwinkels. Dazu zeigt die x-Achse der 1 den Bremspedalwinkel in Prozent, wobei die y-Achse die Bremsleistung in Prozent darstellt. In der 1 zeigt die Kurve 101 die hydraulische Leistung, die Kurve 103 zeigt die Leistung des Generators und die Kurve 105 zeigt die Gesamtleistung. Zwischen 0% und 5% des Bremspedalwinkels ist die Kurve 101 bei 0. Folglich zeigt dieser Bereich den hydraulischen Leerweg. Über diesen Leerweg kann die Generatorleistung 103 geregelt werden, so dass über dem Bremspedalweg zunächst die Generatorleistung 103 bis zum Maximum erhöht wird und anschließend hydraulisch dazugebremst wird, woraus sich die Gesamtbremsleistung der Kurve 105 ergibt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, über den Pedalleerweg von beispielsweise 0% bis 5% des Bremspedalwinkels nur einen bestimmten Anteil der maximalen Generatorleistung von zum Beispiel 30% zu regeln und die weitere Generatorleistung von beispielsweise 70% proportional zur hydraulischen Bremsleistung zu regeln. Ein Beispiel hierfür ist in der 2 dargestellt, welche ein Diagramm zur Illustrierung der hydraulischen und elektrischen Bremsleistung in Abhängigkeit des Bremspedalwinkels bei einer Bremskraftaufteilung zwischen dem elektrischen und dem hydraulischen System zeigt. Dabei zeigt die Kurve 201 die hydraulische Leistung, die Kurve 203 die Leistung des Generators und die Kurve 205 die sich daraus ergebende Gesamtleistung.
Die EP 1 646 522 B1 zeigt ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einem Mehrspannungsgeneratormotor, der eine elektrische Maschine, einen Regler und einen Pulwechselrichter umfasst, zur elektrischen Versorgung eines ersten Teilnetzes mit wenigstens einem ersten Verbraucher, in dem eine erste Nennspannung (42 V) anliegt, und eines zweiten Teilnetzes mit wenigstens einem zweiten Verbraucher, in dem eine zweite Nennspannung (14 V) anliegt, und einem Steuergerät, wobei das Kraftfahrzeug-Bordnetz einen Mehrspannungs-generatormotor nachgeordneten DC/DC-Wandler aufweist.
Die DE 197 55 050 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Energieversorgung in einem Fahrzeugbordnetz für wenigstens zwei gleichartige elektrische Verbraucher, insbesondere elektrisch betätigbare Fahrzeugbremsen, die mit wenigstens zwei von einem Generator aufladbaren Spannungsspeichern in Verbindung stehen, wobei das Fahrzeugbordnetz ein Mehrspannungsbordnetz mit wenigstens zwei unterschiedlichen Spannungen ist und ein Entkoppelelement zwischen den Spannungsspeichern liegt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine Einstellung der Leistung des Generators des Rekuperationssystems in Abhängigkeit des Fahrpedalwinkels des Fahrpedals ein hohes Rekuperationspotenzial bei einer geringen wahrnehmbaren Änderung eines Pedalgefühls für den Fahrer ermöglicht wird. Alternativ zur Einstellung der Leistung des Generators des Rekuperationssystems kann das Moment des Generators in Abhängigkeit des Fahrpedalwinkels des Fahrpedals eingestellt werden. Aus der verringerten wahrnehmbaren Änderung des Fahrpedalgefühls folgt eine erhöhte Akzeptanz beim Fahrer. Durch die Einstellung der Leistung oder des Moments des Generators des Rekuperationssystems ist es möglich, dass der Einsatzpunkt des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit des Fahrpedalwinkels angepasst wird. Durch diese Anpassung ist ein einheitliches Ansprechverhalten des Fahrpedals sichergestellt. Dadurch ergibt sich auch ein vergleichbares oder gleiches Ansprechverhalten des Fahrpedals mit und ohne Rekuperation.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird ein Fahrpedalwinkel eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs erfasst. Weiter wird die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels eingestellt.
Des Weiteren wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine erste Einrichtung und eine zweite Einrichtung hat. Die erste Einrichtung ist dazu eingerichtet, den Fahrpedalwinkel des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Weiter ist die zweite Einrichtung dazu eingerichtet, die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels einzustellen.
Ferner wird ein Rekuperationssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine wie oben erläuterte Vorrichtung zum Betreiben eines Generators hat.
Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches ein solches Rekuperationssystem aufweist. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (PKW), ein Lastkraftwagen (LKW) oder ein Nutzkraftfahrzeug (NKW).
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der in Anspruch 10 angegebenen Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der aktuelle Fahrpedalwinkel des Fahrpedals erfasst und die Leistung oder das Moment des Generators wird in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Fahrpedalwinkels eingestellt. Alternativ kann auch ein Fahrpedalwinkel, der um eine bestimmte zeitliche Differenz gegenüber dem aktuellen Fahrpedalwinkel verschoben ist, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Leistung des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels gesteuert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels gesteuert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die maximal verfügbare Leistung des Generators bei einem Fahrpedalwinkel von 0° zum Bremsen des Kraftfahrzeugs verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein Moment des Verbrennungsmotors erst nach einem Abschalten des Generators zum Bremsen zugeschaltet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Leistung oder das Moment des Generators und ein Moment des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und eines Zustandes der Batterie des Rekuperationssystems eingestellt oder angepasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein Bremspedalwinkel eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs erfasst und die Leistung oder das Moment des Generators wird in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des erfassten Bremspedalwinkels eingestellt. Bei der Verwendung des Fahrpedalwinkels und des Bremspedalwinkels zur Einstellung der Leistung oder des Moments des Generators ergibt sich ein reduziertes Schleppmoment im Schub. Des Weiteren ergibt sich eine geringere Varianz des Schleppmomentes bei nicht verfügbarer Generatorleistung. Ein weiterer Vorteil liegt in einer reduzierten Änderung des Ansprechverhaltens des Bremspedals. Des Weiteren ergeben sich ein erhöhtes Rekuperationspotenzial und damit ein erhöhtes Kraftstoffeinsparpotenzial, weil ein größerer Teil der Generatorleistung ohne hydraulischen Eingriff genutzt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Leistung des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des erfassten Bremspedalwinkels gesteuert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des erfassten Bremspedalwinkels gesteuert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Leistung oder das Moment des Generators und ein Moment des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels, des erfassten Bremspedalwinkels und eines Zustandes der Batterie des Rekuperationssystems eingestellt, insbesondere gesteuert.
Das Fahrpedal kann auch als Gaspedal bezeichnet werden.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm zur Illustrierung der hydraulischen und der elektrischen Bremsleistung in Abhängigkeit des Bremspedalwinkels;
2 ein Diagramm zur Illustrierung der hydraulischen und der elektrischen Bremsleistung in Abhängigkeit des Bremspedalwinkels bei einer Bremskraftaufteilung zwischen dem elektrischen und dem hydraulischen System;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges;
4 ein Diagramm zur Illustrierung der Generatorleistung und der Motorleistung als Funktionen des Fahrpedalwinkels für einen Generator mit 5 kW und einem Verbrennungsmotor mit 95 kW;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges;
6 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges; und
7 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges.
In 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeuges dargestellt.
In Schritt 301 wird der Fahrpedalwinkels des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs erfasst.
In Schritt 303 wird die Leistung des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels eingestellt, insbesondere gesteuert. Alternativ kann das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels eingestellt, insbesondere gesteuert werden.
Dazu zeigt die 4 ein Diagramm zur Illustrierung der Generatorleistung und der Motorleistung als Funktionen des Fahrpedalwinkels für einen beispielhaften Generator mit 5 kW und einem beispielhaften Verbrennungsmotor von 95 kW. In der 4 zeigt die x-Achse den Fahrpedalwinkel wped in Prozent und die y-Achse zeigt die jeweilige Leistung in Kilowatt. Die Kurve 401 zeigt die Kennlinie der Generatorleistung. Die Kurve 403 zeigt eine erste Kennlinie der Motorleistung, wohingegen die Kurve 405 eine zweite Kennlinie der Motorleistung zeigt.
Bei nicht getretenem Fahrpedal, das heißt bei einem Fahrpedalwinkel von 0°, wird die maximale Generatorleistung zugeschaltet (siehe Kurve 401 bei einem Fahrpedalwinkel von 0°). Mit zunehmendem Fahrpedalwinkel wird zunächst die Generatorleistung reduziert, siehe den Bereich zwischen 0° und 5°. Erst wenn der Generator vollständig abgeschaltet ist, wird ein Moment des Verbrennungsmotors zugeschaltet (siehe Kurve 403). Kann der Generator zum Beispiel auf Grund einer vollen Batterie nicht seine volle Leistung abgeben, so kann zumindest das gleiche Ansprechverhalten des Pedals erreicht werden, indem der Generator von seiner reduzierten Leistung runter geregelt wird und entsprechend früh die Motorleistung zusteuert wird. Dies führt im Extremfall, wenn der Generator keine Leistung abgeben kann, zu der Kennlinie 405.
Die 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem.
In Schritt 501 wird der aktuelle Fahrpedalwinkel des Fahrpedals erfasst.
In Schritt 503 wird der aktuelle Zustand der Batterie des Rekuperationssystems ermittelt.
In Schritt 505 werden die Leistung oder das Moment des Generators und ein Moment des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des ermittelten Zustandes der Batterie eingestellt.
In 6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
In Schritt 601 wird ein Fahrpedalwinkel des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs erfasst, beispielsweise gemessen.
In Schritt 603 wird ein Bremspedalwinkel des Bremspedals des Kraftfahrzeugs erfasst, beispielsweise gemessen.
In Schritt 605 wird die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des erfassten Bremspedalwinkels eingestellt, insbesondere gesteuert. Vorzugsweise wird auch der ermittelte Zustand der Batterie verwendet.
Die 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 701 zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs.
Die Vorrichtung 701 hat eine erste Einrichtung 703 und eine zweite Einrichtung 705. Die erste Einrichtung 703 erfasst den aktuellen Fahrpedalwinkel des Fahrpedals. Die zweite Einrichtung 705 empfängt den erfassten Fahrpedalwinkel und stellt die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des empfangenen erfassten Fahrpedalwinkels ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1646522 B1 [0009]
DE 19755050 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Erfassen (301) eines Fahrpedalwinkels eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs, und Einstellen (303) einer Leistung oder eines Moments des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein aktueller Fahrpedalwinkel des Fahrpedals erfasst wird und die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Fahrpedalwinkels eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistung des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die maximal verfügbare Leistung des Generators bei einem Fahrpedalwinkel von 0° zum Bremsen des Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Moment des Verbrennungsmotors erst nach einem Abschalten des Generators zugeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistung oder das Moment des Generators und ein Moment des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und eines Zustandes einer Batterie des Rekuperationssystems eingestellt werden (505).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Bremspedalwinkel eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs erfasst wird und die Leistung oder das Moment des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels und des erfassten Bremspedalwinkels eingestellt wird (605).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Leistung oder das Moment des Generators und ein Moment des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels, des erfassten Bremspedalwinkels und eines Zustandes der Batterie des Rekuperationssystems eingestellt werden.
Vorrichtung (701) zum Betreiben eines Generators in einem Rekuperationssystem eines Kraftfahrzeugs, mit: einer ersten Einrichtung (703) zum Erfassen eines Fahrpedalwinkels eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs, und einer zweiten Einrichtung (705) zum Einstellen einer Leistung oder eines Moments des Generators in Abhängigkeit des erfassten Fahrpedalwinkels.
Rekuperationssystem in einem Kraftfahrzeug, welches eine Vorrichtung nach Anspruch 10 aufweist.