WO2020094171A1

WO2020094171A1 - Elektrisch angetriebenes fahrzeug und verfahren zum betrieb eines solchen

Info

Publication number: WO2020094171A1
Application number: PCT/DE2019/100719
Authority: WO
Inventors: Stefan Fledrich
Original assignee: Paade Gmbh
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-05-14
Also published as: DE102018128132A1

Abstract

Es ist bekannt, bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kinetische Energie im Wege der Rekuperation in die Batterie des Fahrzeugs zurückzuspeisen. Hierbei ist es üblich, das Fahrpedal loszulassen und im Stile der brennstoffgetriebenen Fahrzeuge die Motorbremse zu nutzen. Der elektrische Antrieb wird dann als Generator betrieben und speist die auf diesem Weg zurückgewonnene Energie in die Batterie des Fahrzeugs. Jedoch ist, besonders bei großen Fahrzeugbatterien, ein Verlangsamen bis in den Stand auf diese Weise nicht zuverlässig möglich, so dass spätestens kurz vor dem Stillstand die herkömmliche Bremse betätigt werden muss. Auch bei scharfer Bremsung wird die herkömmliche Bremse betätigt, was im Kontext großer Städte in erheblichem Maße zur Feinstaubbelastung beiträgt. Die vorliegende Erfindung verzichtet ganz auf den Einsatz einer separaten Bremse, indem bei Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs in eine Positionsregelung übergegangen wird. Ist erkennbar, dass das Fahrzeug anhalten soll, bestimmt eine Steuereinheit eine Drehposition des elektrischen Antriebs, bei dem der Stillstand erreicht werden soll und regelt die Position des Elektromotors bis zum Erreichen der vorgewählten Drehposition. Im Anschluss daran kann bedarfsweise eine Feststellbremse betätigt werden. Ein Bremsabrieb entfällt jedoch vollständig.

Description

ELEKTRISCH ANGETRIEBENES FAHRZEUG

UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES SOLCHEN

Die vorliegende Erfindung betrifft ein durch wenigstens eine elektrische Ma- schine angetriebenes Fahrzeug, dessen Beschleunigung durch einen Motorbe- trieb der wenigstens einen elektrischen Maschine und dessen Verzögerung durch einen Generatorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Maschine er- folgt und welches wenigstens einen Energiespeicher zur Versorgung der we nigstens einen elektrischen Maschine im Motorbetrieb und zur Aufnahme von Energie aus der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb aufweist, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen im Hinblick auf den Vorgang zum Brem- sen eines solchen Fahrzeugs aus der Fahrt in den Stand.

Ein solches Fahrzeug ist bereits aus der EP 2 705 977 A2 vorbekannt. Es han- delt sich hierbei um ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, welches in der Lage ist, in einem Rekuperationsbetrieb Energie wieder in seinen Akkumulator zu- rückzuspeisen.

Ferner ist aus dem Stand der Technik die DE 43 08 879 bekannt, gemäß deren Lehre ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach seinem Stillstand aufgrund ei- ner Positionsregelung des Elektroantriebs in Position gehalten werden kann.

Aus den Schriften WO 2016/078802 A1 , WO 2013/056881 A1 und DE 10 2011 054 790 A1 ist weiterer Stand der Technik bekannt. Es sind im Stand der Technik zahlreiche Fahrzeuge beschrieben, welche mit einer elektrischen Maschine angetrieben werden. Hierbei besteht die Grundsi- tuation, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs durch einen Motorbetrieb der elektrischen Maschine erfolgt. Eine Verzögerung hingegen kann durch einen Generatorbetrieb der elektrischen Maschine ebenso erfolgen wie durch eine klassische Bremse, bei der ein Reibungsmoment an einer Bremseinheit, wie etwa an einer sich mit dem Rad drehenden Bremsscheibe. Aufgrund des Fahr- verhaltens des Fahrzeugführers ergibt sich hierbei unmittelbar, wie die kineti- sche Energie des Fahrzeugs umgesetzt wird. Lässt der Fahrzeugführer das Fahrpedal los, so wird die elektrische Maschine im Generatorbetrieb Energie in den Energiespeicher des Fahrzeugs zurückspeichern, also rekuperieren.

Wahlweise kann dieser Effekt auch bei Betätigung des Bremspedals eingesetzt werden. Die DE 10 2010 004 846 A1 schlägt hierzu beispielsweise sogar den Einsatz von drei Bedienpedalen vor, nämlich eines als Fahrpedal, eines als klassisches Bremspedal und eines als Rekuperationspedal.

Im Gegensatz hierzu schlägt die DE 10 2011 088 478 A1 vor, bei einer Betäti- gung des Bremspedals dessen Betätigungsdruck zu ermitteln und in Abhängig- keit hiervon zunächst nur zu rekuperieren und erst bei einer stärkeren Betäti- gung bedarfsweise die klassische Reibungsbremse zuzuschalten. Für den Be- ginn der Rekuperation muss hierbei nicht notwendigerweise die Betätigung des Bremspedals überwacht werden, sondern gemäß der Lehre der DE 10 2011 122 205 A1 die Betätigung des Fahrpedals.

Ergänzend wird nach der DE 10 2011 108 446 A1 auch ein Gefälle der Straße ermittelt und bei der Optimierung eines Einsatzes von Rekuperation und klassi- scher Bremse berücksichtigt.

Grundsätzlich gehen diese bekannten Verfahren jedoch jederzeit davon aus, dass die klassische Reibungsbremse in Verbindung mit dem Rekuperationsvor- gang eingesetzt wird. Dies hat verschiedene Gründe. Zunächst sind die Mög- lichkeiten der Rekuperation begrenzt und abhängig von der Größe des einge- setzten Energiespeichers. Je größer der Energiespeicher, desto weniger eignet er sich für ein dosiertes Bremsen, insbesondere bei geringer Fahrgeschwindig- keit. Unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit wird daher stets die Reibungsbrem- se eingesetzt.

Der Einsatz von Reibungsbremsen ist jedoch ein bekanntes Umweltproblem. Der Abrieb der Bremsen verursacht insbesondere in Städten mit hohem Ver- kehrsaufkommen Probleme aufgrund der Feinstaubbelastung. Vor diesem Hin- tergrund ist es etwa auch bekannt, beispielsweise in Linienbussen Wirbelstrom- bremsen einzusetzen und diese mit der so zurückgewonnenen Energie zu be- heizen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grun- de, eine Lösung zu schaffen, die im Gegensatz zu dem Stand der Technik ganz auf den Einsatz einer Reibungsbremse verzichtet und damit sowohl einen Bei- trag zum Schutz der Umwelt leistet, als auch das Fahrzeuggewicht und damit dessen Energieverbrauch reduziert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Vor- richtungsanspruchs 1. Ebenfalls wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs 7. Weitere Ausgestaltungen sowohl des Fahrzeugs als auch des Verfahrens können den sich jeweils an die unabhängigen Ansprüche anschließenden abhängigen An- sprüchen entnommen werden.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, ein Fahrzeug mit wenigstens einer elektri- schen Maschine zu betreiben. Hierbei betrifft die Erfindung insbesondere auch solche Fahrzeuge, die zumindest vorübergehend elektrisch betreibbar sind, al- so so genannte Hybridfahrzeuge. Prinzipiell eignet sich jede elektrische Ma- schine für einen solchen Antrieb, jedoch ist der Einsatz einer Asynchronma- schine mit Käfigläufer, einer Synchronmaschine mit Magneten oder einer Re- luktanzmaschine besonders bevorzugt, da hier Schleifkontakte und Bürsten entfallen können und daher auf unnötige Verschleißteile verzichtet werden kann. Es ist möglich, lediglich eine elektrische Maschine vorzusehen, welche einen Antriebsstrang antreibt, dessen Kraft auf alle Antriebsräder übertragen wird, jedoch können auch mehrere elektrische Maschinen, insbesondere eine elektrische Maschine je Antriebsrad eingesetzt werden. Im Motorbetrieb wird die wenigstens eine elektrische Maschine aus einem Energiespeicher gespeist, welcher in dem Fahrzeug mitgeführt wird. Der Energiespeicher wird im Folgen- den als Einheit bezeichnet, jedoch besteht ein solcher Energiespeicher aus ei- ner Vielzahl von Einzelelementen, die zu einer Einheit zusammengefügt ist. Auf den Aufbau des Energiespeichers wird weiter unten näher eingegangen wer- den.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, die kinetische Energie des Fahr- zeugs möglichst vollständig zurückzugewinnen und daher möglichst im Wege der Rekuperation den Generatorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Ma- schine für eine Verzögerung einzusetzen. Da dies aber nur oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit sinnvoll möglich ist, ist vorgesehen, bei einer Unter- schreitung dieser Grenzgeschwindigkeit die Rekuperation zu beenden und ei- nen Systemwechsel zu vollziehen. Flierzu ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche unter Einbezug der zur Verfügung stehenden Fahrdaten einen Rest- fahrweg berechnet. Dieser ist abhängig von der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs, welche weitgehend von dessen Gewicht und der aktuellen Ge- schwindigkeit abhängt. Ist der Restfahrweg bestimmt, so bestimmt die Steuer- einheit aus der aktuellen Drehposition der elektrischen Maschine einen Sollwert der Drehposition. Erforderliche Berechnungsdaten werden der Steuereinheit teilweise vorab zur Verfügung gestellt, wie etwa Informationen über die Berei- fung des Fahrzeugs, dessen Reisegewicht oder Leergewicht oder auch das Verhältnis von Drehwinkel der elektrischen Maschine zu gefahrenem Weg. Teilweise werden die erforderlichen Daten jedoch auch in Echtzeit über Senso- ren ermittelt, wie etwa die Information, wie stark das Bremspedal betätigt wird. Je stärker die Betätigung des Bremspedals erfolgt, desto kürzer muss der Rest- fahrweg durch die Steuereinheit bestimmt werden. Die Steuereinheit übergibt eine ermittelte Soll-Drehposition der elektrischen Maschine einer Regeleinheit als Führungsgröße, welche die aktuelle Drehposi- tion der elektrischen Maschine erfasst und nunmehr im Rahmen einer Regelung die Soll-Drehposition anfährt. Hierdurch kommt es an dem von der Steuerein- heit berechneten Position zu einem Stillstand des Fahrzeugs, ohne dass hierfür ein klassischer Bremsvorgang benötigt würde. Im Einzelnen kann sich die Soll- Drehposition auch aus von der Steuereinheit vorgegebenen Daten ergeben. Im Sinne der Erfindung ist eine Soll-Drehposition auch durch andere Parameter wie etwa ein Restdrehwinkel oder Ähnliches definiert, insbesondere wenn die elektrische Maschine vor einem endgültigen Halt mehr als eine volle Umdre- hung vollziehen soll. In einem solchen Fall könnte etwa ein verbleibender Rest- drehwinkel von über 360° vorgegeben werden.

Aufgrund dieser Lösung kann auf eine klassische Bremse des elektrisch ange- triebenen Fahrzeugs vollständig verzichtet werden. Ähnlich wie bei einem In- dustrieroboter wird der Motor als Stellantrieb eingesetzt und kommt an einer vorbestimmten Position zum Stehen.

Für eine exakte Steuerung des Fahrzeug ist es in diesem Zusammenhang sinnvoll, wenn ein überwachbares Bremspedal vorgehalten wird. Ein solches Bremspedal kann insbesondere hinsichtlich seiner Position und/oder seines Betätigungsdrucks erfasst werden, welche einen Rückschluss auf die ge- wünschte Intensität des Bremsvorgangs erlaubt. Diese Daten werden der Steu- ereinheit zur Ermittlung des Restfahrwegs übermittelt. Um für den Fahrzeugfüh- rer eine haptische Rückmeldung zu geben, kann das Bremspedal federnd gela- gert sein, so dass eine Betätigung gegen zunehmenden Druck erfolgen muss. Eine solche Federung kann vorzugsweise mechanisch, hydraulisch oder pneu- matisch umgesetzt werden.

Für eine feinere Ausgestaltung des vorgelagerten Rekuperationsvorgangs kann der Energiespeicher vorteilhaft in mehrere Teile unterteilt sein. Neben einem möglichen redundanten Aufbau, welcher nach der Norm ASIL-D (Automotive Safety Integrity Level D) ohnehin in weiten Teilen für elektrische Komponenten im Elektro- oder Hybridfahrzeug gefordert ist, kann der Energiespeicher insbe- sondere in eine Akkumulatoreinheit und eine Kondensatoreinheit unterteilt sein. Während der Akkumulator eine Langzeitspeicherung von Energie leistet, kann die Kondensatoreinheit kurzfristig anfallende Energie aufnehmen und ebenso kurzfristig Energie an die wenigstens eine elektrische Maschine liefern.

Die Kondensatoreinheit kann insbesondere aus Kondensatoren unterschiedli- cher Kapazitäten hergestellt sein, so dass für den Bremsvorgang eine an die jeweilige Situation angepasste Bremswirkung entfaltet werden kann. In Abhän- gigkeit von der Position des Bremspedals und/oder dem Betätigungsdruck des Bremspedals und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird die Steu- ereinheit verschiedene Kondensatoren und/oder Superkondensatoren mitei- nander verbinden oder voneinander trennen, so dass eine angepasste Kapazi- tät zur Aufnahme der rekuperierten Energie bereitsteht. Der Einsatz von Super- kondensatoren ermöglicht hierbei zudem eine deutliche Schonung der Akkumu- latoren, da sie sowohl schneller geladen werden können, als auch über erheb- lich mehr Schaltzyklen hinweg einsatzbereit bleiben.

Ein Zusammenschalten von mehreren Energiespeichern kann zudem sowohl auf der Ebene einzelner Kondensatoren erfolgen, wie soeben beschrieben, als auch auf der Ebene mehrerer Energiespeicher. Soweit mehrere Energiespei- cher in dem Fahrzeug vorgesehen sind, sei es für mehrere elektrische Maschi- nen oder auch für andere Zwecke, so können diese bedarfsweise ebenfalls durch die Steuereinheit zusammengeschaltet werden. Ebenfalls kann auf die- sem Wege auch ein gleichzeitiger Einsatz der Kondensatoreinheiten und der Akkumulatoreinheiten erfolgen, um notfalls die Kapazität weiter zu erhöhen. Auch stellt dies eine Sicherheitslösung für den Fall eines Ausfalls der Konden- satoreinheit oder einzelner Kondensatoren oder Superkondensatoren hieraus dar. Ziel dieser Vorgehensweise ist es, im gesamten Geschwindigkeits-Bereich das maximale Drehmoment zur Verfügung zu stellen. Eine traditionelle Bremse kann zugeschaltet werden, wenn das für die Verzögerung benötigte Drehmo- ment das durch Rekuperation maximal erreichbare Drehmoment überschritten wird. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung in jeder Betriebs- Situation maximiert.

Zur weiteren Optimierung des Einsatzes der Kondensatoreinheit und der Akku- mulatoreinheit kann es vorgesehen sein, die Akkumulatoreinheit während der Fahrt ausschließlich aus der Kondensatoreinheit heraus aufzuladen, also nur dann Energie zum Aufladen der Akkumulatoreinheit aufzuwenden, wenn die Kondensatoreinheit überschüssige Energie bereitstellen kann. Hierdurch wird vermieden, kurze und sehr unvollständige Ladezyklen durchzuführen und die Akkumulatoreinheit nur dann einzubeziehen, wenn es wirklich notwendig ist. Nachdem ein Um laden zwischen den Kondensatoren zudem nahezu verlustfrei möglich ist, werden so auch elektrische Verluste weitgehend vermieden. Auch in umgekehrter Richtung ist es eine vorteilhafte Option, Energie aus der Akku- mulatoreinheit ausschließlich über die Kondensatoreinheit zu entnehmen. Dies zumal diese im Gegensatz zur Entnahme direkt aus der Akkumulatoreinheit erheblich schnellere Reaktionszeiten und bessere Wirkungsgrade beim Ener- giefluss aufweisen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ladezyklen bei den Akkumulato- ren der Akkumulatoreinheit jeweils bis zu einem optimalen Ladestand durchge- führt werden, um die Anzahl an Ladezyklen möglichst niedrig zu halten. Daher ist es sinnvoll, mehrere parallel geschaltete Akkumulatoren - oder auch Akku- mulatoreinheiten - entsprechend zu betreiben. Hierbei soll jeweils eine Zelle stets in einem Zug aufgeladen werden und mit dem Aufladen einer weiteren Zelle nur dann begonnen werden, wenn die zuletzt geladene Zelle vollständig, das heißt bis zu ihrem optimalen Ladestand, aufgeladen ist. Sollte während des Ladezyklus keine weitere Energie mehr im System anliegen, also keine weitere Rekuperationsenergie mehr in der Kondensatoreinheit vorliegen um die aktuell aufgeladene Zelle vollständig zu laden, so wird die Energie einer anderen Zelle der Akkumulatoreinheit entnommen, um die Ladung der Zelle zu vervollständi- gen. Entsprechend kann auf höherer Ebene mit den ganzen Akkumulatoreinhei- ten verfahren werden.

Bei in Serie geschalteten Akkumulatoren hingegen ist es sinnvoll, wenn diese mehr oder minder den gleichen Ladestand besitzen, da eine vollständig gela- dene Zelle den Strom sperrt. Um in diesem Fall die Aufladung anderer Zellen zu ermöglichen, kann mit einigem Vorteil die Ladung jeder Zelle in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen oder fortwährend mit der Ladung benachbar- ter Zellen verglichen werden, wobei im Falle einer im Vergleich zu einer be- nachbarten Zelle größeren Ladung die betreffende Zelle in die benachbarte Zel- le mit kleinerer Ladung umgeladen wird.

Damit die Steuereinheit abschätzen kann, wie lang der Restfahrweg sein darf und wie viel Kapazität für den Bremsvorgang bereitgestellt werden muss, ist es sinnvoll, wenn der Steuereinheit Sensoren zur Auswertung der Fahrzeugumge- bung zugeordnet sind. Mithilfe von Abstandssensoren kann etwa der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder auch zu einem Hindernis bestimmt werden, so dass die Steuereinheit den Restfahrweg entsprechend kürzer als den Abstand zum Hindernis bzw. kürzer als den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zuzüglich dessen eigenem Bremsweg bestimmen kann. Auch kann die Steuereinheit so einen ganz selbständigen Bremsvorgang einleiten.

Ferner ist es sinnvoll, wenn die Steuereinheit auch bereitgestellte Kommunika- tionssignale empfangen und auswerten kann, welche etwa von vorausfahren- den Fahrzeugen bereitgestellt werden können. Kann zum vorausfahrenden Fahrzeug eine solche Datenverbindung aufgebaut werden, so können die Fahr- parameter wesentlich optimiert werden.

Auch weitere Parameter von Fahrzeugsensoren können vorzugsweise der Steuereinheit bereitgestellt und von dieser mitberücksichtigt werden, insbeson- dere Daten von Regensensoren, Thermometern, Barometern oder Hygrome- tern, welche Rückschlüsse auf Faktoren ermöglichen, welche das Bremsverhal- ten des Fahrzeugs beeinflussen können.

Nicht zuletzt ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit in der Lage ist, die Dreh- position der wenigstens einen elektrischen Maschine möglichst schnell und ge- nau zu erfassen und weiter zu verarbeiten. Eine Erfassung der Drehposition der wenigstens einen elektrischen Maschine kann insbesondere durch optische, magnetische und/oder elektrische Auswertungen erfolgen. Hierbei ist es sowohl möglich, die Drehposition als absoluten oder als relativen Wert zu behandeln.

Ist ein Stillstand des Fahrzeugs erreicht, so kann, insbesondere beim Verlassen des Fahrzeugs und einer Abschaltung des Systems, eine mechanische Fest- stellbremse aktiviert werden, welche auch stromlos ein Wegrollen des Fahr- zeugs verhindert. Bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs oder im Zuge des Anfahr- vorgangs wird eine solche Feststellbremse wieder gelöst. Eine solche Feststell- bremse kann auf die einzelnen Räder, aber auch auf den Antriebsstrang ange- wendet werden, um weiterhin vollständig auf den Einbau von klassischen Bremsen in das Fahrzeug verzichten zu können.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Aus- führungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge- mäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs in einer Ansicht von oben,

Figur 2 eine schematische Perspektivdarstellung einer

elektrischen Maschine mit Mitteln zur Ermittlung der Drehposition der elektrischen Maschine, sowie Figur 3 eine schematische Darstellung des Ladezustands mehrerer Zellen eines Energiespeichers.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug

1 ist mit vier Rädern 6 ausgestattet, von denen zwei mit jeweils einer elektri- schen Maschine 2 als Antriebe ausgerüstet sind. Die elektrischen Maschinen 2 sind mit Regeleinheiten 4 verbunden, deren Führungsgröße von einer Steuer- einheit 3 vorgegeben wird. Die Energieversorgung der elektrischen Maschinen

2 erfolgt über einen Energiespeicher 5.

Im normalen Fährbetrieb gibt ein Fahrzeugführer über ein Fahrpedal die Be- schleunigung des Fahrzeugs 1 vor. Hierfür benötigte Energie wird von dem Energiespeicher 5 an die elektrischen Maschinen 2 übertragen, die folglich im Motorbetrieb laufen. Lässt der Fahrzeugführer das Fahrpedal los und tritt gege- benenfalls noch zusätzlich auf ein Bremspedal, so wechseln die elektrischen Maschinen 2 in einen Generatorbetrieb, in dem kinetische Energie des Fahr- zeugs 1 zurückgewonnen und in den Energiespeicher 5 zurückgeführt wird.

Der Energiespeicher besteht zu diesem Zweck aus einer Akkumulatoreinheit und einer Kondensatoreinheit. Die aus den elektrischen Maschinen 2 zurück- gewonnene Energie wird in die aus Superkondensatoren unterschiedlicher Größe bestehende Kondensatoreinheit zurückgespeist, in welcher sie schnell und kurzfristig flüchtig gespeichert werden kann. Sind die Superkondensatoren bis zu einem vorgegebenen Füllstand gefüllt, so wird elektrische Energie aus den Superkondensatoren in die Akkumulatoreinheit umgeladen. Auf diese Wei- se werden die Ladungen und Entladungen der Zellen der Akkumulatoreinheit auf ein Minimum reduziert und ihre Lebensdauer verlängert.

Ergänzend können die Superkondensatoren unterschiedlicher Größe mithilfe der Steuereinheit 3 zu unterschiedlich großen Kombinationen zusammenge- schaltet werden, um die für einen Bremsvorgang zur Verfügung stehende Ka- pazität an die Bedürfnisse eines Bremsvorgangs anzupassen.

Mithilfe geeigneter Mittel wird der Grad der Betätigung des Bremspedals von der Steuereinheit überwacht. Im Fall einer starken Betätigung des Bremspe- dals, was etwa durch ein starkes Niederdrücken oder eine große angewendete Kraft bewirkt werden kann, wird eine größere Kapazität zusammengeschlossen als bei einer leichten Bremsung, bei der eine geringe Kapazität ausreicht. Auf- grund der unterschiedlichen Größe der Superkondensatoren können unter- schiedlichste Kombinationen erstellt werden.

Erreicht die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 eine untere Grenzgeschwindig- keit, bei der eine ausreichende Bremswirkung durch Rekuperation trotz der be- schriebenen Maßnahmen nicht mehr möglich ist, so wechselt die Steuereinheit 3 den Betriebsmodus der elektrischen Maschinen 2 erneut aus dem Generator- betrieb in den Motorbetrieb und führt eine Regelung bezüglich der Drehposition durch. Flierzu ermittelt die Steuereinheit 3 unter Verwendung unterschiedlicher Sensordaten von Sensoren des Fahrzeugs 1 sowie weiterer gespeicherter Da- ten des Fahrzeugs 1 einen Restfahrweg 7, den das Fahrzeug 1 im Zuge eines geordneten Bremsvorgang noch zurücklegen soll, bevor es an einer berechne- ten Haltelinie 8 anhält. Unter Berücksichtigung des Restfahrwegs und der ge- speicherten Daten des Fahrzeugs 1 , sowie gegebenenfalls zusätzlicher Sens- ordaten, berechnet sodann die Steuereinheit 3 einen Sollwert einer Drehpositi- on für jede der elektrischen Maschinen 2. Diesen Sollwert übergibt die Steuer- einheit 3 als Führungsgröße an eine Regeleinheit 4, welche die Position der elektrischen Maschinen 2 diesem Sollwert nachführt. Hierdurch wird ein präzi- ser Bremsvorgang des Fahrzeugs 1 durchgeführt, wobei die Regeleinheit 4 in an sich bekannter Art und Weise Störgrößen, wie etwa Abweichungen des tat- sächlichen Gewichts des Fahrzeugs 1 von seinem Leergewicht, Windkraft, verminderte Haftreibung durch Glätte und dergleichen mehr berücksichtigt. Die Berechnung der Sollwerte wird in der Regeleinheit 4 immer wieder durchge- führt, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. In diesem Zusammenhang können weitere Sensoren des Fahrzeugs 1 , wie et- wa Barometer oder Thermometer, zum Einsatz kommen um die zu berücksich- tigenden Umwelteinflüsse soweit wie möglich vorab berücksichtigen zu können.

Zur Bestimmung der Haltelinie 8 und des Restfahrwegs 7 bis dorthin können auch zusätzliche Aspekte wie Abstände von Hindernissen oder vorausfahrende Fahrzeuge, sowie die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 Berücksichti- gung finden.

Aufgrund dessen, dass die Position des Stillstands des Fahrzeugs 1 über die Regeleinheit 4 präzise angefahren werden kann, kann auf eine Reibungsbrem- se verzichtet werden, wobei es sich jedoch empfiehlt, eine Feststellbremse vor- zusehen, um das Fahrzeug 1 stromlos vom Wegrollen abzuhalten.

Figur 2 zeigt eine elektrische Maschine 2, an deren Achse optische Markierun- gen 10 angebracht sind. Diese Markierungen werden mithilfe eines Photo- sensors 9 erfasst, welcher es der mit diesem datenverbundenen Steuereinheit 3 erlaubt, entweder durch Abzählen der Markierungen 10 oder durch Erfassung von Individualisierungsmerkmalen der Markierungen 10 auf die Drehposition der elektrischen Maschine 2 zurückzuschließen. Nachdem die Steuereinheit 3 einen verbleibenden Restfahrweg 7 ermittelt hat, berechnet sie hieraus die an- zufahrende Drehposition der elektrischen Maschine 2, so dass diese Drehposi- tion über die Regeleinheit 4 angefahren werden kann. So ist es möglich, die Drehposition als relative Größe in einer Anzahl von Markierungen 10 anzuge- ben, die noch bis zum Stillstand überstrichen werden sollen, oder auch in einer Winkelangabe, wenn der Abstand zweier Markierungen 10 um einen bekannten Winkel auseinander liegen. Auch kann ein fester Ort auf der Achse der elektri- schen Maschine 2 markiert sein, der als Nulldurchgang betrachtet wird. Selbst- verständlich sind auch andere Möglichkeiten der Ermittlung und Verarbeitung der Drehposition der elektrischen Maschinen 2 gegeben und von der Erfindung mit erfasst. Im Hinblick auf die Speicherung von Energie in die Zellen der Akkumulatorein- heit eines Energiespeichers 5 ist es, wie in Figur 3 gezeigt, vorgesehen, Zellen immer durchgehend aufzuladen, um die Anzahl der benötigten Ladezyklen zu minimieren. Während in einer gezeigten Akkumulatoreinheit eine erste Zelle 11 bereits vollständig gefüllt ist, wird eine zweite Zelle 12 gerade mit Energie aus der Kondensatoreinheit aufgeladen. Dies geschieht jedoch nur so lange, wie in der Kondensatoreinheit noch ausreichend Energie für den Ladevorgang vor- handen ist. Fällt die aus der Kondensatoreinheit stammende Energie als Quelle weg, so wird die zweite Zelle 12 jedoch weiter aufgeladen, um ein teilweises

Laden der Zelle zu vermeiden. Hierzu wird die Energie der sich soeben entlee- renden dritten Zelle 13 herangezogen, und wenn diese vollständig entleert sein sollte bevor die zweite Zelle 12 geladen ist, wird auch begonnen, die erste Zelle 11 zu entladen. Dieses Vorgehen schont die einzelnen Zellen und sorgt für eine stets optimale Ausnutzung jedes Ladezyklus der Zellen.

Vorstehend beschrieben ist somit ein Fahrzeug, welches im Gegensatz zu dem Stand der Technik ganz auf den Einsatz einer Reibungsbremse verzichtet, in- dem bei niedrigen Geschwindigkeiten auf eine weitere Rekuperation verzichtet wird und stattdessen im Motorbetrieb eine Positionsregelung der elektrischen

Maschine vorgenommen wird.

BEZUGSZE ICH ENLISTE

1 Fahrzeug

2 elektrische Maschine

3 Steuereinheit

4 Regeleinheit

5 Energiespeicher

6 Rad

7 Restfahrweg

8 Haltelinie

9 Photosensor

10 Markierung

11 erste Zelle

12 zweite Zelle

13 dritte Zelle

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Durch wenigstens eine elektrische Maschine (2) angetriebenes Fahr- zeug (1 ), dessen Beschleunigung durch einen Motorbetrieb der wenigs- tens einen elektrischen Maschine (2) und dessen Verzögerung durch einen Generatorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) erfolgt und welches wenigstens einen Energiespeicher (5) zur Versor- gung der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) im Motorbetrieb und zur Aufnahme von Energie aus der elektrischen Maschine (2) im Generatorbetrieb aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) Mittel zur Bestimmung ihrer Drehposition sowie eine Re- geleinheit (4) zur Regelung der Drehposition nach einer Führungsgröße zugeordnet sind, wobei die Regeleinheit (4) mit einer Steuereinheit (3) zur Bestimmung eines Sollwerts der Drehposition der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) und deren Bereitstellung als Führungsgröße der Regeleinheit (4) datenverbunden ist, sowie ein Bremspedal mit der Steuereinheit (3) datenverbunden ist, welches gegen einen vorzugs- weise hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Federdruck betätigbar ist und dessen Position und/oder Betätigungsdruck von der Steuereinheit (3) erfasst wird, wobei der Energiespeicher (5) wenigs- tens eine Akkumulatoreinheit und wenigstens eine Kondensatoreinheit umfasst, welche aus mehreren Kondensatoren unterschiedlicher Kapa- zitäten aufgebaut ist und mehrere Kondensatoren in Abhängigkeit von der Position des Bremspedals und/oder dem Betätigungsdruck des Bremspedals und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) mit- hilfe der Steuereinheit (3) untereinander elektrisch verbindbar und trennbar sind.

2. Fahrzeug gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der we n gstens eine Energiespeicher (5) redundant ausgelegt ist, wobei meh- rere Energiespeicher (5) in Abhängigkeit von der Position des Brems- pedals und/oder dem Betätigungsdruck des Bremspedals und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) mit der Steuereinheit (3) unter- einander elektrisch verbindbar und trennbar sind.

3. Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Steuereinheit (3) zur Auswertung eines Umgebungs- bereichs des Fahrzeugs (1 ), insbesondere des Abstands zu einem vo- rausfahrenden Fahrzeug, mit in einer Karosserie des Fahrzeugs (1 ) an- geordneten Sensoren, insbesondere Abstandssensoren, datenverbun- den ist.

4. Fahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) zur Auswertung der eines Um- gebungsbereichs des Fahrzeugs (1 ) eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfang elektronisch bereitgestellter Fahrdaten benachbarter, insbesondere vorausfahrender Fahrzeuge, aufweist.

5. Fahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) zur Auswertung von Umwelt- einflüssen, insbesondere von Wettereinflüssen, mit Sensoren des Fahr- zeugs (1 ), insbesondere Regensensoren, Thermometern, Barometern oder Flygrometern, datenverbunden ist.

6. Fahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) mit der Steuereinheit (3) datenverbundene optische, magnetische und/oder elektrische Mittel zur Ermittlung der Drehposition der elektrischen Ma- schine (2) durch die Steuereinheit (3) zugeordnet sind.

7. Verfahren zum Betrieb eines durch wenigstens eine elektrische Ma- schine (2) angetriebenen Fahrzeugs (1 ), dessen Beschleunigung durch einen Motorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) und dessen Verzögerung durch einen Generatorbetrieb der wenigstens ei- nen elektrischen Maschine (2) unter Einspeisung in elektrische Energie umgewandelter kinetischer Energie des Fahrzeugs (1 ) in einen Ener- giespeicher (5) erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeug (1 ) ein Bremspedal zugeordnet ist, welches gegen einen hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Federdruck betätigbar ist und dessen Position und/oder Betätigungsdruck von der Steuereinheit (3) erfasst wird und bei einer Verzögerung oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit des Fahr- zeugs (1 ) Energie im Generatorbetrieb in den wenigstens einen Ener- giespeicher (5) eingespeist wird und bei Erreichen und Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) der Generatorbetrieb beendet wird, woraufhin von einer Steuereinheit (3) ein Restfahrweg (7) bestimmt wird und sodann berechnet wird, in welcher Drehposition sich die elektrische Maschine (2) nach dem Zurücklegen des Restfahrwegs (7) befinden soll, woraufhin die Steuereinheit (3) einen so ermittelten Sollwert einer Drehposition der wenigstens einen elektrischen Maschine (2) einer mit der Steuereinheit (3) datenverbundenen Regeleinheit (4) als Führungsgröße bereitstellt, wobei bei Erreichen des Sollwerts der Drehposition und gleichzeitig vollständigem Stillstand des Fahrzeugs (1 ) eine Feststellbremse aktiviert wird, wobei der Energiespeicher (5) wenigstens eine Akkumulatoreinheit und mehrere Kondensatoren un- terschiedlicher Kapazitäten umfasst, welche in Abhängigkeit von der Position des Bremspedals und/oder dem Betätigungsdruck des Brems- pedals und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1 ) mithilfe der Steuereinheit (3) untereinander elektrisch verbindbar und trennbar sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die we n gstens eine Akkumulatoreinheit während der Fahrt ausschließlich über die wenigstens eine Kondensatoreinheit aufgeladen wird und/oder eine Energieabgabe aus der Akkumulatoreinheit ausschließlich über die wenigstens eine Kondensatoreinheit erfolgt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Akkumulatoreinheit aus mehreren parallel geschalte- ten Zellen hergestellt ist und eine Zelle stets in einem Zug aufgeladen wird und mit dem Aufladen einer weiteren Zelle nur dann begonnen wird, wenn die zuletzt geladene Zelle vollständig aufgeladen ist, wobei falls keine Energie zur vollständigen Ladung einer Zelle anliegt, die be- nötigte Energie zum vollständigen Laden der Zelle aus einer zuvor voll- ständig geladenen anderen Zelle entnommen wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass mehrere Akkumulatoreinheiten für mehrere elektrische Ma- schinen oder aus Gründen der Redundanz vorgesehen sind und eine Akkumulatoreinheit stets in einem Zug aufgeladen wird und mit dem Aufladen einer weiteren Akkumulatoreinheit nur dann begonnen wird, wenn die zuletzt geladene Zelle vollständig aufgeladen ist, wobei falls keine Energie zur vollständigen Ladung einer Akkumulatoreinheit an- liegt, die benötigte Energie zum vollständigen Laden der Akkumulato- reinheit aus einer zuvor vollständig geladenen anderen Akkumulato- reinheit entnommen wird.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Akkumulatoreinheit aus mehreren seriell geschalte- ten Zellen hergestellt ist und die Ladung jeder Zelle in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen oder permanent mit der Ladung be- nachbarter Zellen verglichen wird, wobei im Falle einer im Vergleich zu einer benachbarten Zelle größeren Ladung die betreffende Zelle in die benachbarte Zelle mit kleinerer Ladung umgeladen wird.