DE102022119846A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems (1, 4) eines Fahrzeugs (10), wobei das Antriebssystem (1) mindestens einen Elektromotor (2, 3) umfasst, umfassend den Schritt: Regeln einer Bremsverzögerung in Abhängigkeit eines Radschlupfes durch gleichzeitiges Erzeugen eines ersten Bremsmoments mittels des Bremssystems (4) des Fahrzeugs (10) und eines Motormoments mittels des Elektromotors (2, 3).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems eines Fahrzeugs, und ein Fahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind Antriebs- und Bremssysteme für Fahrzeuge bekannt, bei welchen eine Regelung des Radschlupfes im fahrdynamischen Grenzbereich über eine Regelung der Radbremsen erfolgt. Für eine optimale Verteilung der Bremskräfte auf die Räder des Fahrzeugs sind üblicherweise Ventile im Bremssystem vorgesehen, welche speziell angepasst geschaltet werden. Hierdurch wird eine hohe Komplexität des Bremssystems erforderlich, um zudem ist das Schalten der Ventile für die Insassen des Fahrzeugs akustisch wahrnehmbar.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems eines Fahrzeugs bereitzustellen, das eine geringe Komplexität des Bremssystems und reduzierte Geräuschemissionen erlaubt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems eines Fahrzeugs, wobei das Antriebssystem mindestens einen Elektromotor umfasst, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Regeln einer Bremsverzögerung des Fahrzeugs, insbesondere während einer Fahrt des Fahrzeugs, durch gleichzeitiges Erzeugen eines ersten Bremsmoments mittels des Bremssystems und eines Motormoments mittels des Elektromotors, und Regeln der Bremsverzögerung, vorzugsweise ausschließlich, durch gesteuertes Anpassen des durch den Elektromotor erzeugten Motormoments. Bevorzugt kann zusätzlich ein zumindest teilweises Regeln der Bremsverzögerung zusätzlich durch gesteuertes Anpassen des durch das Bremssystem erzeugten ersten Bremsmoments erfolgen.
  • Als Bremssystem wird dabei insbesondere ein System angesehen, das eine Fahrzeugbremse zum Abbremsen von Rädern des Fahrzeugs umfasst. Eine solche Fahrzeugbremse wird beispielsweise auch als Friktionsbremse bezeichnet. Vorzugsweise ist eine derartige Fahrzeugbremse hydraulisch betätigbar ausgebildet.
  • Bevorzugt wird als Motormoment ein zweites Bremsmoment erzeugt.
  • Mit anderen Worten erfolgt bei dem Verfahren eine geregelte Verzögerung des Fahrzeugs dadurch, dass das Bremssystem und der Elektromotor derart kombiniert betrieben werden, dass sowohl Bremssystem, als auch Elektromotor gleichzeitig ein Moment erzeugen. Das gesamte Bremsmoment, mittels welchem das Fahrzeug verzögert wird, wird dabei dadurch geregelt, dass das von dem Elektromotor erzeugte Motormoment gesteuert angepasst wird. Das heißt, durch den Elektromotor wird das gesamte Bremsmoment flexibel an die momentane Fahrsituation angepasste. Insbesondere kann dabei durch den Elektromotor auf besonders einfache und effiziente Weise eine Momentenverteilung zwischen Achsen des Fahrzeugs frei eingestellt werden. Insbesondere kann dadurch vermieden werden, dass schnelle oder starke Bremsmomentänderungen mit dem hydraulischen Bremssystem durchgeführt werden müssen, wodurch auf besonders einfache Weise akustische Auffälligkeiten beim Betrieb des hydraulischen Bremssystems vermieden werden können.
  • Das Verfahren erlaubt somit auf besonders einfache und effiziente Weise eine flexible Abstimmung der Bremsmomente während der Fahrt des Fahrzeugs. Insbesondere kann durch die geregelte Erzeugung des Motormoments mittels des Elektromotors ein wirksames Gesamt-Bremsmoment einfach und flexibel gesteuert angepasst werden. Beispielsweise kann dadurch auf ein Schalten von Ventilen im Bremssystem zur Regelung des Bremsverzögerung verzichtet werden, wodurch eine besonders einfache Betriebsweise mit niedrigen akustischen Emission bereitgestellt werden kann.
  • Bevorzugt wird, insbesondere die gesamte Bremsverzögerung des Fahrzeugs, in Abhängigkeit des Radschlupfes, von beispielsweise genau einem Rad oder alternativ mehreren Rädern des Fahrzeugs, geregelt. Insbesondere wird bei dem Verfahren somit ein basierend auf einer Bremsbetätigung eines Fahrers des Fahrzeugs generierter Fahrerwunsch der Verzögerung in Abhängigkeit des Radschlupfes geregelt angepasst. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt kann die geregelte Anpassung der Verzögerung bereits bei einem Ausrollen des Fahrzeugs erfolgen, insbesondere während eines Rekuperationsbetriebs des Antriebssystems. Dadurch kann insbesondere in fahrdynamischen Grenzsituationen eine besonders effektive Vermeidung von einem Auftreten akustischer Auffälligkeiten des tragischen Bremssystems erreicht werden.
  • Bevorzugt wird die Bremsverzögerung für jede Achse des Fahrzeugs individuell geregelt. Das heißt, an jeder Achse des Fahrzeugs wird unabhängig voneinander ein individuelles Bremsmoment erzeugt. Insbesondere erfolgt dies durch ein geregeltes Anpassen des Motormoments, das mittels des zumindest einen Elektromotors erzeugt wird. Damit kann eine besonders flexible Anpassung der Bremsverzögerung beispielsweise an verschiedene Fahrbahnverhältnisse erfolgen, wodurch insbesondere eine effektive Verzögerung des Fahrzeugs ermöglicht werden kann. Zusätzlich kann durch die individuelle Regelung der Elektromotoren ein Zielkonflikt zwischen einer möglichst hohen Energierückgewinnung und einem fahrdynamischen Optimum aufgelöst werden. Besonders bevorzugt wird die Bremsverzögerung für jedes Rad des Fahrzeugs individuell geregelt. Somit kann die Bremsverzögerung besonders flexible und präzise angepasst werden.
  • Besonders bevorzugt wird zum Erzeugen des ersten Bremsmoments für jede Achse des Fahrzeugs jeweils ein identischer Bremsdruck mittels des Bremssystems erzeugt. Als Bremsdruck wird insbesondere ein hydraulischer Bremsdruck des, vorzugsweise hydraulischen, Bremssystems angesehen. Insbesondere ist das Bremssystem dabei eingerichtet, um pro Achse jeweils unabhängig einen separaten Bremsdruck erzeugen zu können. Dadurch kann ein besonders einfacher Aufbau und Betrieb des Bremssystems ermöglicht werden, wobei durch die geregelte Erzeugung des Motormoments mittels des Elektromotors eine genaue bedarfsgerechte Anpassung der jeweils erforderlichen Bremsleistung an den Achsen bereitgestellt werden kann.
  • Vorzugsweise erfolgt das Regeln der Bremsverzögerung in Abhängigkeit desjenigen Rades des Fahrzeugs, an dem der größte Radschlupf vorliegt. Mit anderen Worten erfolgt das Regeln der Bremsverzögerung in Abhängigkeit desjenigen Rades, an dem der niedrigste Reibwert zum Untergrund des Fahrzeugs vorliegt. Eine derartige Regelung kann beispielsweise als „Select-Low“-Regelung ausgeführt werden. Dadurch kann ein besonders hoher Fahrkomfort bei ausreichender Bremsleistung ermöglicht werden.
  • Bevorzugt erfolgt das Erzeugen des Motormoments durch ein Betreiben des Elektromotors in einem motorischen Betrieb. Insbesondere kann dabei das Motormoment als Antriebsmoment zum Vortrieb des Fahrzeugs angesehen werden. Dabei ist vorzugsweise das erste Bremsmoment größer als das Motormoment, sodass insgesamt eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt wird. Dadurch kann die freie Momentenverteilung zwischen den Achsen des Fahrzeugs in einem großem Wirkbereich erhalten werden.
  • Weiter bevorzugt erfolgt das Erzeugen des Motormoments durch ein Betreiben des Elektromotors in einem generatorischen Betrieb. Das heißt, der Elektromotor wird als Generator betrieben, wodurch das Motormoment regelbar erzeugt wird. Insbesondere entspricht das Motormoment in diesem Fall einem zweiten Bremsmoment. Insbesondere wird dadurch ein elektrischer Strom erzeugt, der vorteilhafterweise im Fahrzeug genutzt werden kann. Somit kann ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
  • Bevorzugt wird ein durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors erzeugter elektrischer Rückspeisestrom in einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, welche eingerichtet ist zum Bereitstellen elektrischen Energie zum Antrieb des Fahrzeugs mittels des Elektromotors, eingespeichert. Eine derartige Betriebsweise wird auch als „Rekuperation“ bezeichnet. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs bereitgestellt werden, bei dem ein möglichst großes Potenzial an Energie bei Bremsvorgängen zurückgewonnen werden kann.
  • Vorzugsweise erfolgt eine Anpassung eines Momentenverhältnisses von Achs-Bremsmomenten jeweiliger Achsen des Fahrzeugs ausschließlich durch eine Anpassung des mittels des Antriebsmotors erzeugten Motormoments. Das heißt, bei einem Bremsvorgang ist der durch das erste Bremsmoment des Bremssystems erzeugte Anteil am gesamten Bremsmoment im Verhältnis an den beiden Achsen stets gleich. Änderungen des Momentenverhältnisses an den beiden Achsen zueinander werden ausschließlich durch die Momentenanteile des vom Elektromotor erzeugten Motormoments bewirkt. Dadurch kann eine flexible Anpassung der Bremskräfte erfolgen, wobei ein sehr einfacher Aufbau und Betrieb des Bremssystems möglich ist, insbesondere ohne dass eine Schaltung von Ventilen im Bremssystem erforderlich ist.
  • Weiter bevorzugt wird das Verfahren während eines Antiblockier-Betriebs, insbesondere während eines Betriebs eines Antiblockiersystems des Fahrzeugs, und/oder während eines Normalbetriebs, das heißt insbesondere während der Durchführung von normalen Bremsungen, des Fahrzeugs durchgeführt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektro-Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, umfassend ein Antriebssystem, das mindestens einen Elektromotor aufweist, und ein Bremssystem. Das Fahrzeug umfasst zudem eine Steuereinheit, die eingerichtet ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Insbesondere ist der Elektromotor als ein Antriebsmotor des Fahrzeugs ausgebildet. Beispielsweise kann das Fahrzeug genau einen Elektromotor umfassen, der eingerichtet ist zum Antreiben einer Vorderachse oder einer Hinterachse des Fahrzeugs. Alternativ bevorzugt kann das Fahrzeug sowohl an der Vorderachse, als auch an der Hinterachse jeweils einen separaten Elektromotor zum Antreiben der entsprechenden Achse umfassen. Weiter alternativ bevorzugt kann das Fahrzeug pro Achse jeweils zwei Elektromotoren umfassen, insbesondere um jedes Rad des Fahrzeugs separat mittels eines jeweiligen Elektromotors antreiben oder auch bremsen zu können.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrzeugs, bei dem ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, und
    • 2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines beispielhaften Diagramms mit Betriebsparametern eines Antriebssystems des Fahrzeugs bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrzeugs 10, bei dem ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich um einen vollelektrisch betriebenen Personenkraftwagen.
  • Das Fahrzeug 10 umfasst ein Antriebssystem 1 mit einem ersten Elektromotor 2, der an der Vorderachse 20 angeordnet ist und eingerichtet ist zum Antreiben der Räder 50 an der Vorderachse 20. Zudem umfasst das Antriebssystem 1 einen zweiten Elektromotor 3, der an der Hinterachse 30 angeordnet ist und eingerichtet ist zum Antreiben der Räder 50 an der Hinterachse 30.
  • Eine Energieversorgung der beiden Elektromotoren 2, 3 mit elektrischer Energie erfolgt mittels eines elektrischen Energiespeichers 60.
  • Das Antriebssystem 1 umfasst zudem ein Bremssystem 4, das jeweils eine hydraulisch betätigbare Friktionsbremse an jedem der Räder 50 aufweist. Mittels des Bremssystems 4 kann ein erstes Bremsmoment zum Abbremsen des Fahrzeugs 10 während einer Fahrt erzeugt werden.
  • Zudem umfasst das Fahrzeug 10 eine Steuereinheit 5, welche eingerichtet ist, die Elektromotoren 2, 3 und das Bremssystem 4 gesteuert zu betätigen. Mittels der Steuereinheit 5 wird das Verfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt.
  • Bei dem Verfahren erfolgt eine Regelung der gesamten Bremsverzögerung des Fahrzeugs 10 in Abhängigkeit eines ermittelten Radschlupfes an den Rädern 50. Vorzugsweise kann hierbei der Radschlupf an jedem Rad 50 separat mittels eines entsprechenden Sensors, welcher beispielsweise Teil eines Antiblockiersystems des Fahrzeugs 10 sein kann, erfasst werden.
  • Im Detail wird die Bremsverzögerung pro Achse 20, 30 in Abhängigkeit desjenigen Rades 50 der entsprechenden Achse 20, 30, an dem der größte Radschlupf, das heißt der momentan niedrigste Reibwert zu einem Untergrund des Fahrzeugs 10, vorliegt, geregelt. Diese Regelung kann beispielsweise als „Select-Low“-Regelung ausgeführt werden.
  • Bei dem Verfahren erfolgt das Regeln der Bremsverzögerung dadurch, dass gleichzeitig zur Erzeugung des ersten Bremsmoments mittels des Bremssystems 4 zusätzlich ein zweites Bremsmoment durch einen generatorischen Betrieb der beiden Elektromotoren 2, 3 erzeugt wird. Ein Gesamt-Bremsmoment, das die Bremsverzögerung des Fahrzeugs 10 bewirkt, wird somit aus einer Summe des ersten Bremsmoments und des zweiten Bremsmoments gebildet.
  • Bei dem Verfahren wird dabei die Bremsverzögerung für jede Achse 20, 30 individuell geregelt. Dies wird dadurch durchgeführt, dass Momentenverhältnisse der Achs-Bremsmomente an den beiden Achsen 20, 30 relativ zueinander ausschließlich durch eine Anpassung des mittels der Elektromotoren 2, 3 erzeugten zweiten Bremsmoments angepasst werden. Das heißt, der jeweilige Anteil des ersten Bremsmoments am Momentenverhältnis der Achs-Bremsmomente an den beiden Achsen 20, 30 bleibt jederzeit konstant. Dies wird dadurch erreicht, dass für beide Achsen 20, 30 stets ein identischer Bremsdruck mittels des Bremssystems 4 erzeugt wird.
  • Zur weiteren Erläuterung wird nachfolgend auf die 2 Bezug genommen, welche eine vereinfachte schematische Ansicht eines beispielhaften Diagramms 70 zeigt, in dem Betriebsparameter des Antriebssystems 1 des Fahrzeugs 10 bei der Durchführung des Verfahrens dargestellt sind.
  • In dem Diagramm 70 sind dabei drei Unter-Diagramme dargestellt, welche jeweils Drücke oder Momente an der Vorderachse 20 und an der Hinterachse 30 vereinfacht schematisch darstellen. Auf der gemeinsamen X-Achse 71a liegt jeweils ein Wert von Null vor.
  • Links ist ein Bremsdruckdiagramm 70a abgebildet, das jeweilige Bremsdrücke 71 zeigt. Ein Vorderachsdruck 75a und ein Hinterachsdruck 76b weisen dabei, wie oben beschrieben, bei der Durchführung des Verfahrens stets identische Werte auf. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Bremssystems 4 des Fahrzeugs 10 ermöglicht werden. So kann neben einer besonders einfachen Betätigungsweise ermöglicht werden, dass aufgrund der gleichen Drücke beispielsweise auf ein Schalten von Ventilen im Bremssystem 4 verzichtet werden kann. Dadurch können beispielsweise unerwünschte akustische Emissionen vermieden werden, wodurch ein besonders hoher Komfort für die Insassen des Fahrzeugs 10 ermöglicht werden kann.
  • In 2 mittig ist ein Bremsmomentendiagramm 70b dargestellt, welches Bremsmomente 72 an den beiden Achsen 20, 30 vereinfacht schematisch darstellt. Im Detail liegt dabei an beiden Achsen 20, 30 jeweils ein negatives Bremsmoment 72 vor. Ein Vorderachsbremsmoment 75c weist dabei, insbesondere aufgrund einer vorbestimmte cp-Verteilung des Fahrzeugs 10, einen größeren Betrag als ein Hinterachsbremsmoment 76d auf. Vorderachsbremsmoment 75c und Hinterachsbremsmoment 76d entsprechen dabei jeweils einem Bremsmoment 72 an der jeweiligen Achse 20, 30, welches aus dem mittels des Bremssystems 4 hydraulisch erzeugten Bremsmoment resultiert.
  • In 2 rechts ist ein Motormomentendiagramm 70c dargestellt, welches Motormomente 73 an den beiden Achsen 20, 30 vereinfacht schematisch dargestellt. Im Detail ist hierbei jeweils der gesamte Spielraum eines Vorderachsmotormoments 75e und eines Hinterachsmotormoments 76f dargestellt, welche mittels des jeweiligen Elektromotors 2 bzw. 3 erzeugt werden können. Das heißt, mittels jedem Elektromotor 2, 3 kann sowohl ein positives Motormoment, das zum Vortrieb des Fahrzeugs 10 geeignet ist, als auch ein negatives Motormoment, das eine Verzögerung des Fahrzeugs 10 bewirkt, erzeugt werden. Durch eine entsprechende Regelung von Vorderachsmotormoment 75e und Hinterachsmotormoment 75f wird bei dem Verfahren dabei bei Beibehaltung der identischen Bremsdrücke an Vorderachse 20 und Hinterachse 30 das jeweils entsprechend des Radschlupfes erforderliche Bremsmoment geregelt.
  • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Antriebssystem
    2
    erster Elektromotor
    3
    zweiter Elektromotor
    4
    Bremssystem
    5
    Steuereinheit
    10
    Fahrzeug
    20
    Vorderachse
    30
    Hinterachse
    50
    Räder
    70
    Diagramm
    70a
    Bremsdruckdiagramm
    70b
    Bremsmomentendiagramm
    70c
    Motormomentendiagramm
    71
    Bremsdruck
    71 a
    X-Achse
    72
    Bremsmoment
    73
    Motormoment
    75a
    Vorderachsdruck
    76b
    Hinterachsdruck
    75c
    Vorderachbremsmoment
    75e
    Vorderachsmotormoment
    76d
    Hinterachsbremsmoment
    76f
    Hinterachsmotormoment

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebs- und Bremssystems (1, 4) eines Fahrzeugs (10), wobei das Antriebssystem (1) mindestens einen Elektromotor (2, 3) umfasst, umfassend die Schritte: - Erzeugen einer Bremsverzögerung durch gleichzeitiges Erzeugen eines ersten Bremsmoments mittels des Bremssystems (4) des Fahrzeugs (10) und eines Motormoments mittels des Elektromotors (2, 3), und - Regeln der Bremsverzögerung durch gesteuertes Anpassen des durch den Elektromotor (2, 3) erzeugten Motormoments.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Regeln der Bremsverzögerung in Abhängigkeit eines Radschlupfes durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremsverzögerung für jede Achse (20, 30) des Fahrzeugs (10) individuell geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Erzeugen des ersten Bremsmoments für jede Achse (20, 30) ein identischer Bremsdruck mittels des Bremssystems (4) erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regeln der Bremsverzögerung, insbesondere pro Achse (20, 30), in Abhängigkeit desjenigen Rades (50) des Fahrzeugs (10) mit dem größten Radschlupf erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen des Motormoments durch Betreiben des Elektromotors (2, 3) in einem motorischen Betrieb erfolgt
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Erzeugen des Motormoments durch Betreiben des Elektromotors (2, 3) in einem generatorischen Betrieb erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors (2, 3) erzeugter elektrischer Rückspeisestrom in einen elektrischen Energiespeicher (60) des Fahrzeugs (10) eingespeichert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anpassung eines Momentenverhältnisses von Achs-Bremsmomenten der Achsen (20, 30) des Fahrzeugs (10) ausschließlich durch Anpassung des mittels des Elektromotors (2, 3) erzeugten Motormoments erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren während eines Antiblockier-Betriebs und/oder während eines Normalbetriebs des Fahrzeugs (10) durchgeführt wird.
  11. Fahrzeug (10), umfassend ein Antriebssystem (1) mit mindestens einem Elektromotor (2, 3), ein Bremssystem (4), und eine Steuereinheit (5), welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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