DE102009040169A1

DE102009040169A1 - Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, zugehöriges Betriebsverfahren und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009040169A1
Application number: DE102009040169A
Authority: DE
Inventors: Oliver Hoffmann; Andreas Kirchberger; Hans-Jürgen Jahreiss; Lothar Kienle; Peter Olejnik
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-05
Also published as: DE102009040169A8; DE102009040169B4

Abstract

Ein Bremssystem (2) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Roller oder ein Motorrad, mit wenigstens einem Vorderrad (122), einem Hinterrad (123), mit wenigstens einer Vorderradbremse (10) und einer Hinterradbremse (18), einer Regeleinheit zur Regelung der Bremsdrücke an der jeweiligen Vorderradbremse (10) und der Hinterradbremse (18) und einer Primärbetätigungseinrichtung, die über die Regeleinheit sowohl die jeweilige Vorderradbremse (10) als auch die Hinterradbremse (18) ansteuert, soll sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit und Schonung von energetischen Ressourcen auszeichnen und gleichzeitig moderne Sicherheitsstandards erfüllen. Dazu ist ein das Kraftfahrzeug antreibender Elektromotor (84) vorgesehen, dessen Antriebswelle mit der Hinterachse (88) des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei die Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass sie bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung den Elektromotor (84) als Generator zur Erzeugung von rekuperativem Bremsmoment auf die Hinterachse (88) betreibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Roller oder ein Motorrad, mit wenigstens einem Vorderrad, einem Hinterrad, mit wenigstens einer Vorderradbremse und einer Hinterradbremse, einer Regeleinheit zur Regelung der Bremsdrücke an der jeweiligen Vorderradbremse und der Hinterradbremse, und einer Primärbetätigungseinrichtung, die über die Regeleinheit sowohl die jeweilige Vorderradbremse als auch die Hinterradbremse ansteuert.
Im Straßenverkehr bildet der Individualverkehr einen wichtigen Bestandteil. Die Benutzung eines Kraftfahrzeuges bietet seinem Fahrer ein Höchstmaß an Mobilität, Flexibilität und Unabhängigkeit. Als Kraftfahrzeuge werden Pkws, aber auch einspurige Krafträder eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise Motorräder und Roller. Desweiteren gibt es auch motorisierte Dreiräder. Beim so genannten Trike dient ein Vorderrad zur Lenkung, während die Hinterachse mit zwei, in relativ breitem Abstand voneinander montierten Rädern bestückt ist. In einer alternativen Variante hat ein motorisiertes Dreirad ein Hinterrad und zwei Vorderräder, über die gelenkt wird. Je nach Abstand der beiden Vorderräder wird ein derartiges Dreirad als ein- oder zweispuriges Fahrzeug bzw. Roller klassifiziert.
Moderne Entwicklungen im Kraftfahrzeugbereich umfassen neue und alternative Antriebstechniken. Aus umwelttechnischen Gründen und aufgrund des begrenzten Vorkommens fossiler Brenn- bzw. Rohstoffe werden verstärkt statt reinen Verbrennungsmotoren Hybridsysteme eingesetzt, die aus einer Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor bestehen. Aber auch der Elektromotor als solcher kann zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Neben seiner guten Umweltverträglichkeit und seinem hohen Wirkungsgrad besitzt der Elektromotor im Vergleich zum Verbrennungsmotor insbesondere den Vorteil, dass er bereits bei niedrigen Drehzahlen das maximale Drehmoment liefert.
Aus sicherheitstechnischen Gründen sind vom Gesetzgeber für Kraftfahrzeuge zwei unabhängige Bremskreise vorgeschrieben. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Ausfall eines der beiden Bremskreise, beispielsweise durch ein Leck in einer Bremsleitung, der andere Bremskreis noch zum Bremsen zur Verfügung steht. Diese gesetzliche Maßgabe wird bei modernen Pkws gewöhnlich mit Hilfe eines Tandemhauptzylinders realisiert. In dem Tandemhauptzylinder sind zwei bewegungsmäßig miteinander gekoppelte Kolben hintereinander angeordnet, die jeweils Bremsdruck auf die Vorderradbremsen und die Hinterradbremsen ausüben. Fällt einer der Bremskreise aus, beispielsweise durch eine Leckage, kann in dem anderen Bremskreis noch genügend Bremsdruck aufgebaut werden, um zumindest eine verminderte Bremsung vorzunehmen. Zur Stabilisierung des Kraftfahrzeuges während eines Bremsvorgangs dient das Antiblockiersystem (ABS), bei dem die einzelnen Räder vor dem Blockieren geschützt werden. ABS-Systeme sind sowohl bei Pkws als auch bei Krafträdern bekannt.
Motorräder sind gewöhnlich mit zwei separaten Bremskreisen, zugehörigen Bremsen und zugehörigen Betätigungseinrichtungen ausgestattet. Gewöhnlich wird durch einen Handbremshebel die Vorderbremse betätigt, während durch ein Fußpedal die Hinterradbremse betätigt wird. Im einfachsten Fall wirken diese Betätigungseinrichtungen ausschließlich auf die jeweilige Bremse, so dass es in der Verantwortung des Fahrers liegt, während eines Bremsvorgangs die gesamte benötigte Bremskraft in möglichst optimierter Weise auf die beiden Bremsen zu verteilen.
Deutlich mehr Sicherheit und Komfort wird dem Fahrer durch eine Integralbremse zur Verfügung gestellt. Bei einer Integralbremse steuert zumindest eine der Betätigungseinrichtungen beide Bremsen gleichzeitig an. Trifft dies auf beide Betätigungseinrichtungen zu, so spricht man von einer Vollintegralbremse, führt nur eine der beiden Betätigungseinrichtungen zu einer Ansteuerung beider Bremsen, so wird von einer Teilintegralbremse gesprochen.
Integralbremsen können auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Im einfachsten Fall eines hydraulischen Bremssystems wird bei einer Bremsbetätigung die Bremsflüssigkeit in fest gewähltem Verhältnis auf die beiden Bremsen verteilt. Alternativ dazu kann beispielsweise eine Bremse hydraulisch betätigt werden, während die andere Bremse aktiv, also „by wire” bzw. elektrohydraulisch angesteuert wird. Eine solche Integralbremse ist beispielsweise aus der DE 10 2007 025 273 A1 bekannt.
Bei bekannten Integralbremssystemen werden gewöhnlich Standardkomponenten als Bauteile verbaut. Dabei finden gewöhnlich Trommel- oder Scheibenbremsen Verwendung, bei denen bei der Verzögerung des Kraftfahrzeuges Bewegungsenergie durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die bei einem durch bekannte Integralbremssysteme durchgeführten Bremsvorgang entstehende Wärmeenergie wird an die Umgebung abgegeben und kann nicht weiter genutzt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein als Integralsystem realisiertes Bremssystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit, Wirtschaftlichkeit und Schonung von energetischen Ressourcen auszeichnet und gleichzeitig moderne Sicherheitsstandards erfüllt.
In Bezug auf das Bremssystem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein das Kraftfahrzeug antreibender Elektromotor vorgesehen ist, dessen Antriebswelle mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei die Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass sie bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung den Elektromotor als Generator zur Erzeugung von rekuperativem Bremsmoment auf die Hinterachse betreibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich bei Kraftfahrzeugen, die über ein Integralbremssystem verfügen, in besonders günstigem Maße durch den Bremsvorgang Energie zurückgewinnen lässt, wobei zur Energieerzeugung ein während des Bremsvorganges als Generator betriebener Elektromotor Verwendung finden soll. Fahrzeugbremsanlagen für Pkws, bei denen Bremsmoment rekuperativ durch einen Elektromotor erzeugt wird, wodurch Energie gewonnen wird, sind bekannt. Eine solche Fahrzeugbremsanlage wird beispielsweise in der DE 10 2008 017 480 beschrieben. Aufgrund des in Pkws gewöhnlich verbauten Tandemhauptzylinders wird aber bei einem Bremsvorgang hydraulisch von beiden Bremsen ein Bremsmoment erzeugt. Der als Generator betriebene Elektromotor kann in diesem Fall nur zur Erzeugung von zusätzlichem, rekuperativem Bremsmoment eingesetzt werden, wobei ein Überbremsen an der Hinterachse vermieden werden muss.
Da in einer Integralbremsanlage die beiden Bremskreise nicht durch einen Tandemhauptzylinder gekoppelt sind sondern vielmehr unabhängig voneinander ihre Funktion ausüben, ist, wie nunmehr erkannt wurde, in einer solchen Bremsanlage die Möglichkeit gegeben, das Bremsmoment auf der Hinterachse primär durch Rekuperation zu erzeugen. Falls das auf diese Weise rekuperativ erzeugte Bremsmoment nicht ausreicht, kann zur Erzeugung von zusätzlichem Bremsmoment die Hinterradbremse aktiv angesteuert werden.
Eine derartige Integralbremsanlage bietet darüber hinaus die Möglichkeit, bei Äußerung eines Verzögerungswunsches durch den Fahrer die anfängliche Bremsung vollständig rekuperativ durchzuführen. In diesem Fall ist die größtmögliche Energierückgewinnung möglich. Nur wenn stärkere Verzögerung gewünscht wird oder wenn Rekuperation aus anderen Gründen nicht erwünscht ist, müssen die Bremsen angesteuert bzw. betätigt werden.
Die erfindungsgemäße Bremsanlage kann besonders vorteilhaft in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die primär durch den Elektromotor angetrieben werden. Dazu eignen sich bedingt durch die verfügbare Reichweite gängiger Elektromotor- und Energiespeicherinstallationen besonders zwei- bzw. dreirädrige Roller und Motorräder.
Eine in der jeweiligen Fahrsituation maximale Rückgewinnung von Bremsenergie kann erreicht werden, wenn die Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass das verfügbare rekuperative Bremsmoment, sofern das dadurch hervorgerufene Bremsmoment nicht zur Überschreitung eines von der Regeleinheit ermittelten Verzögerungssollwertes des Hinterrades führt, vollständig genutzt wird. Nur in dem Fall, dass die rekuperative Verzögerung nicht ausreicht, wird von der Regeleinheit die Hinterradbremse angesteuert, um das zusätzlich benötigte Verzögerungsmoment zu liefern.
Vorteilhafterweise ist der Elektromotor zur Einspeisung von Energie im Rekuperationsbetrieb mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden. Die zurückgewonnene Energie kann so direkt im Kraftfahrzeug, beispielsweise in wiederaufladbaren Batterien oder Akkumulatoren, gespeichert werden. Die so gewonnene Energie steht dann unmittelbar wieder für den Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Elektromotor zur Verfügung.
Die Regeleinheit, die die beiden Bremsen ansteuert, bzw. das gesamte Bremssystem kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Es kann beispielsweise als brake-by-wire-System ausgestaltet sein. Die Bremsen können auch elektrohydraulisch oder elektromechanisch angesteuert werden. In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Regeleinheit eine den Bremsen zugeordnete kombiniert hydraulisch-elektronische Regeleinheit, die bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung die jeweilige Vorderradbremse in einem zugeordneten hydraulischen Primärbremskreis hydraulisch und die Hinterradbremse elektrohydraulisch ansteuert, sowie eine dem Elektromotor zugeordnete elektronische Kontrolleinheit. Diese elektronische Kontrolleinheit soll signalein- und ausgangsseitig mit der hydraulisch-elektronischen Regeleinheit verbunden sein. Bei einem Verzögerungswunsch des Fahrers übermittelt die hydraulisch-elektronische Regeleinheit der dem Elektromotor zugeordneten elektronischen Kontrolleinheit den Befehl, Bremsmoment durch Rekuperation aufzubauen.
Vorteilhafterweise ist die Regeleinheit signaleingangsseitig mit einem Primärdrucksensor, der den Druck in dem hydraulischen Primärbremskreis misst, verbunden und derart konfiguriert, dass sie einen Verzögerungssollwert des Hinterrades in Abhängigkeit von dem von dem Primärdrucksensor gemessenen Druck ermittelt. Der Verzögerungswunsch des Fahrers äußert sich dabei im Wesentlichen durch die Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung, wobei Druck in dem hydraulischen Primärkreis aufgebaut wird. Der dazu passende und optimierte Verzögerungssollwert des Hinterrades wird dementsprechend von der Regeleinheit berechnet. Durch die alleinige Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung kann der Fahrer so beide Bremsen mit optimierter Bremskraftverteilung ansteuern.
Ist die Integralbremsanlage nach dem brake-by-wire-Konzept aufgebaut, bei dem die Primärbetätigungseinrichtung von den hydraulischen Bremskreisen entkoppelt ist, kann statt einem Primärdrucksensor, beispielsweise ein Wegelängensensor eingesetzt werden, der elektronisch übermittelt, wie stark die Primärbetätigungseinrichtung betätigt bzw. wie weit sie bewegt wurde.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Bremssystems ist in dem der jeweiligen Vorderradbremse zugeordneten Primärbremskreis ein Druckspeicher mit einem zugeordneten Speicherventil vorgesehen, welcher derart ausgelegt ist, dass er bei anfänglicher Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung bei geschlossenem Speicherventil unter Druckaufbau im Primärbremskreis Bremsflüssigkeit aufnimmt, wobei bei weiterer Betätigung unter Öffnung des Speicherventils die jeweilige Vorderradbremse mit Druck beaufschlagt wird.
Eine derartige Ausgestaltung der Bremsanlage ermöglicht es, die Bremsung ausschließlich auf rekuperative Weise durchzuführen bzw. das rekuperative Bremsmoment größtmöglich zu nutzen. Obwohl der Fahrer die Primärbetätigungseinrichtung betätigt, wird dieser Verzögerungswunsch nicht direkt, beispielsweise hydraulisch, an die Vorderradbremse weitergegeben. Durch ein Speicherventil, das in diesem Fall geschlossen ist, wird die Weiterleitung der Bremsflüssigkeit zur Vorderradbremse verhindert. Die Bremsflüssigkeit wird vielmehr von einem Druckspeicher aufgenommen. Dabei baut sich im Primärbremskreis Druck auf, wodurch dem Fahrer das gewohnte Rückkupplungsverhalten eines Bremshebels bzw. eines Bremspedals präsentiert wird. Erst bei weiterer Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung werden durch Öffnung des Speicherventils die Vorderradbremsen mit Druck beaufschlagt.
Es können bei dieser Ausgestaltung des Bremssystems auch weitere Ventile und eine Pumpe vorgesehen sein, die von der Regeleinheit angesteuert werden. Bei Bedarf kann noch zusätzlich die Hinterradbremse aktiv angesteuert werden, um zusätzliches Bremsmoment auf der Hinterachse zu realisieren.
Vorteilhafterweise ist eine Sekundärbetätigungseinrichtung vorgesehen, über die die Hinterradbremse angesteuert wird. Im Bedarfsfall kann über diese Sekundärbetätigungseinrichtung die Hinterradbremse ausschließlich, oder bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung, in Kombination mit der elektrohydraulischen Betätigung, betätigt werden.
Das Bremssystem umfasst zweckmäßigerweise zwei getrennte Bremskreise, wobei der Vorderradbremskreis von der Primärbetätigungseinrichtung und der Hinterradbremskreis von der Sekundärbetätigungseinrichtung direkt (beispielsweise hydraulisch) angesteuert wird. Im Hinterradbremskreis kann auch durch die Regeleinheit aktiv (beispielsweise elektrohydraulisch) Druck aufgebaut werden.
Je nach Art des Fahrzeuges können die Primär- und die Sekundärbetätigungseinrichtung unterschiedlich ausgestaltet sein. Bei einem dreirädrigen, zweispurigen Fahrzeug beispielsweise kann die Primärbetätigungseinrichtung als Fußpedal und die Sekundärbetätigungseinrichtung als Handbremshebel realisiert sein. Mit einem Fußpedal wird dem Fahrer eine vom Pkw vertraute Bedienung der Primärbremse zur Verfügung gestellt. Alternativ dazu kann beispielsweise bei einem Motorrad die Primärbetätigungseinrichtung als Handbremshebel und die Sekundärbetätigungseinrichtung als Fußbremse realisiert werden. Weiterhin ist denkbar, beide Betätigungseinrichtungen als Handbremshebel zu realisieren.
Vorzugsweise ist die Regeleinheit signaleingangsseitig mit den jeweiligen Vorder- und Hinterrädern zugeordneten Raddrehzahlsensoren verbunden. Auf diese Weise stehen der Regeleinheit die momentane Radgeschwindigkeit und durch Differenzbildung der Radgeschwindigkeiten zu verschiedenen Zeiten die Verzögerungen der Räder zur Verfügung. Diese Größen, die sowohl bei den Vorderrädern als auch bei den Hinterrädern gemessen werden, können dann zur Ermittlung der optimalen Bremskraftverteilung auf die jeweiligen Räder benutzt werden.
In Bezug auf das Kraftfahrzeug wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem das Kraftfahrzeug mit genau zwei Vorderrädern, genau einem Hinterrad und einem Bremssystem der oben beschriebenen Art ausgestattet wird. Je nach Abstand der beiden Vorderräder handelt es sich dabei um ein ein- oder zweispuriges Fahrzeug. Alternativ dazu kann das Kraftfahrzeug als Kraftrad ausgestaltet sein mit genau einem Vorderrad, genau einem Hinterrad und einem Bremssystem der oben beschriebenen Art. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Motorrad oder einen (einspurigen) Roller handeln. Das Kraftfahrzeug wird dabei von dem Elektromotor, der Teil des Bremssystems ist, angetrieben. Der Elektromotor kann die alleinige Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs sein, alternativ dazu kann er auch Teil eines Hybridantriebs sein, das den Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfasst. Auch in diesem Fall kann der Elektromotor zur rekuperativen Gewinnung von Bremsenergie verwendet werden sowie im Bedarfsfall zum Antrieb des Fahrzeuges eingesetzt werden.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem bei Äußerung eines Verzögerungswunsches des Fahrers durch Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung die jeweilige Vorderradbremse mit Bremsdruck beaufschlagt wird und in Abhängigkeit vom Verzögerungswunsch ein Verzögerungssollwert des Hinterrades von der Regeleinheit ermittelt wird und wobei ein Anteil des Verzögerungssollwertes als rekuperatives Bremsmoment von dem Elektromotor auf die Hinterachse und der andere Anteil durch aktiven Bremsdruckaufbau von der Regeleinheit auf die Hinterradbremse übertragen wird.
Wie viel Verzögerung über den Elektromotor während eines Bremsvorganges aufgebaut werden kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Je nach Situation des Bordnetzes bzw. seines Ladezustandes kann mehr oder weniger Energie in das Bordnetz eingespeist werden. Auf der anderen Seite hängt die maximal gewinnbare Energiemenge von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges ab, da der als Generator betriebene Elektromotor abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges unterschiedlich viel Energie durch Rekuperation gewinnen kann. Reicht die rekuperativ erzeugte Verzögerung nicht aus, wird von der Regeleinheit aktiv durch die Hinterradbremse das Hinterrad gebremst.
Bei einer bevorzugten Variante des Bremssystem mit einem Druckspeicher soll bei der Äußerung eines Verzögerungswunsches des Fahrers durch Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung in dem der jeweiligen Vorderradbremse zugeordneten Primärbremskreis bei geschlossenem Speicherventil Bremsflüssigkeit in den Druckspeicher geleitet werden und damit Druck aufgebaut werden und in Abhängigkeit vom Verzögerungswunsch ein Verzögerungssollwert des Hinterrades von der Regeleinheit ermittelt werden.
Ein Anteil des Verzögerungssollwertes soll demnach als rekuperatives Bremsmoment von dem Elektromotor auf die Hinterachse und der andere Anteil durch aktiven Bremsdruckaufbau von der Regeleinheit auf die jeweilige Hinterradbremse übertragen werden, wobei bei weiterer Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung durch Öffnung des Speicherventils die jeweilige Vorderradbremse hydraulisch mit Bremsdruck beaufschlagt werden soll. In diesem Fall wird bei anfänglicher Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung zuerst ausschließlich an der Hinterachse bzw. am Hinterrad gebremst. Durch die Befüllung des Druckspeichers mit Bremsmittel wird gleichzeitig sichergestellt, dass im Primärbremskreis Druck aufgebaut wird und dass der Fahrer eine spürbare Rückkopplung von der Primärbetätigungseinrichtung bekommt. Bei stärkerer Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung kann durch Öffnung des Speicherventils auch die Vorderradbremse zur Verzögerung des Fahrzeuges eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise wird dabei das verfügbare rekuperative Bremsmoment, sofern das dadurch hervorgerufene Bremsmoment nicht zu einer Überschreitung des Verzögerungssollwertes führt, vollständig genutzt. Somit wird die zu dem jeweiligen Zeitpunkt maximal verfügbare Menge an Energie dem Fahrzeug, beispielsweise zur Aufladung von Batterien, zur Verfügung gestellt.
Vorteilhafterweise wählt die Regeleinheit bei Äußerung eines Verzögerungswunsches durch den Fahrer eine der jeweiligen Fahrsituation entsprechende optimierte Bremskraftverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse. Die Berechnung bzw. Bestimmung des optimierten Verzögerungssollwerts des Hinterrades kann von mehreren die Fahrdynamik bzw. aktuelle Fahrsituation des Fahrzeugs betreffenden Größen abhängen. Diese Größen umfassen beispielsweise den Verzögerungswunsch des Fahrers, den Bremsdruck an der jeweiligen Vorderradbremse, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, gemessen durch die Drehzahlsensoren an den Rädern, die Verzögerung des Fahrzeuges bzw. seine negative Beschleunigung und/oder auch die positive Beschleunigung sowie die Radgeschwindigkeiten. Der Verzögerungswunsch des Fahrers kann beispielsweise über die Messung des Druckes an einer oder mehreren Stellen im Primärdruckkreis ermittelt werden.
Je nach Ladezustand des Bordnetzes des Fahrzeuges kann mehr oder weniger Energie vom Bordnetz aufgenommen werden. Vorteilhafterweise wird deshalb die Größe des rekuperativ erzeugten Anteils des Verzögerungssollwertes in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Bordnetzes gewählt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass sich durch einen als Generator betriebenen Elektromotor in einem Integralbremssystem während des Bremsvorganges Energie rückgewinnen lässt, die dem Kraftfahrzeug zur Verfügung steht und beispielsweise ins Bordnetz eingespeist werden und zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb des Kraftfahrzeuges verwendet werden kann.
Durch den Einsatz von rekuperativem Bremsmoment werden die Bremsen geschont und deren Verschleiß gesenkt. Zudem lassen sich sicherheitstechnische Systeme wie beispielsweise ABS nahtlos in das erfindungsgemäße Bremssystem integrieren.
Ist die Regeleinheit derart konfiguriert, dass das mit dem Verzögerungssollwert maximal verträgliche und verfügbare rekuperative Bremsmoment genutzt wird, kann die zu diesem Zeitpunkt größtmögliche Menge an Energie gewonnen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 ein Bockschaltbild eines Bremssystems für einen elektrisch angetriebenen Roller,
2 einen dreirädrigen elektrisch angetriebenen Roller mit einem Bremssystem, und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Bremssystems in einer bevorzugten Ausführungsform.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das in 1 dargestellte Bremssystem 2 ist als Integralbremssystem ausgelegt. Es umfasst einen Vorderradbremskreis 6 mit zwei zugeordneten Vorderradbremsen 10 und einen Hinterradbremskreis 14 mit einer zugeordneten Hinterradbremse 18. Über ein Fußpedal 22 werden von dem Fahrer die Vorderradbremsen 10 direkt hydraulisch angesteuert. Die Hinterradbremse 18 wird von dem Fahrer durch einen Handbremshebel 26 betätigt. Beide Betätigungseinrichtungen, also das Fußpedal 22 sowie der Handbremshebel 26, sind jeweils mit einem Hauptbremszylinder 30 verbunden, an den jeweils ein Vorratsbehälter für Bremsflüssigkeit 34 angeschlossen ist. Der Druck in dem jeweiligen Bremskreis 6, 14 wird an mehreren Stellen von Drucksensoren 38 gemessen.
Im vorliegenden Beispiel werden durch einen Vorderradbremskreis 6 beide Vorderradbremsen 10 angesteuert. Alternativ dazu kann bei einem Kraftfahrzeug mit zwei Vorderrädern jedem Rad eine separate Bremse mit separatem Bremskreis zugeordnet werden. Dadurch ist es möglich, durch gezieltes und separates Ansteuern der beiden Bremsen die Stabilität des Fahrzeuges zu gewährleisten, selbst dann, wenn die beiden Räder auf unterschiedlichem Untergrund fahren.
Das Bremssystem 2 umfasst ein Antiblockiersystem (ABS). Dazu sind in den beiden Bremskreisen 6, 14 jeweils Einlassventile 42 und Auslassventile 46 angeordnet. Im Hinterradbremskreis 14 sind zusätzlich ein Trennventil 48 sowie ein Umschaltventil 52 angeordnet.
In Grundstellung, wenn das Fußpedal 22 bzw. der Handbremshebel 26 nicht betätigt werden, sind die Auslassventile 46 jeweils geschlossen. Die Auslassventile sind jeweils in eine Rücklaufleitung 56 eingesetzt. Diese Rücklaufleitung verbindet die jeweilige Vorderradbremse 10 bzw. Hinterradbremse 18 mit einem Niederdruckspeicher 60 sowie einem Saugpfad 64 einer Pumpe 68. Beide Pumpen werden von einem Pumpenelektromotor 72 angetrieben. Die beiden hydraulischen Bremskreise 6, 14 sind voneinander getrennt und jeweils von dem Fußpedal 22 bzw. dem Handbremshebel 26 aktivierbar.
Das Bremssystem 2 ist als Teilintegralbremssystem ausgelegt. Bei einer Betätigung des Handbremshebels 26 wird nur die Hinterradbremse 18 betätigt. Bei einer Betätigung des Fußpedals 22 kann neben dem direkten Bremsdruckaufbau im Vorderradbremskreis 6 und damit der Beaufschlagung der Vorderradbremse 10 mit Bremsdruck auch die Hinterradbremse 18 aktiv, in diesem Falle elektrohydraulisch, angesteuert werden. Dazu setzt der Pumpenelektromotor 72 die zum Hinterradbremskreis 14 korrespondierende Pumpe 68 in Betrieb. Sie entnimmt dabei dem Hauptbremszylinder 30 Druckmittel und fördert es zur Hinterradbremse 18. Dabei trennt das Trennventil 48 die Pumpendruckseite vom Hauptbremszylinder 30. Auf diese Weise kann durch Betätigen nur einer Betätigungseinrichtung, in diesem Falle des Fußpedales 22, durch beide Bremsen Bremsmoment erzeugt werden. Die Verteilung von Bremsmoment auf die Vorderradbremsen bzw. die Hinterradbremse wird dabei in optimierter Weise so gewählt, dass die Stabilität des Fahrzeuges während des Bremsvorganges gewährleistet ist.
Durch die Pumpen 68 sowie die Ventile 42, 46, 48, 52 ist in dem Bremssystem 2 eine Bremsschlupfregelung implementiert, die als ABS-System fungiert. Zusätzlich dazu sind in das Bremssystem 2 Routinen implementiert, die das Abheben des Hinterrades bei einem starken Bremsvorgang verhindern (Rear Wheel Lift-off Protection, RLP). Die Umdrehungszahlen der einzelnen Räder (nicht eingezeichnet) werden durch Drehzahlsensoren 80 gemessen.
Das Bremssystem 2 ist dazu ausgelegt, rekuperatives Bremsmoment aufzubauen und zu nutzen, um elektrische Energie zu gewinnen, die beispielsweise in das Bordnetz des Fahrzeuges eingespeist werden kann. Dazu ist ein Elektromotor 84 vorgesehen, dessen Antriebswelle (nicht eingezeichnet) mit der Hinterachse 88 des Fahrzeuges verbunden ist. Dem Elektromotor 84 ist eine Motorkontrolleinheit 92 zugeordnet, wobei die Zuordnung durch einen ersten Doppelpfeil 94 gekennzeichnet ist.
Je nach Verzögerungswunsch des Fahrers und fahrdynamischer Situation des Fahrzeuges soll mehr oder weniger Bremsmoment rekuperativ aufgebaut werden. Das Bremssystem 2 umfasst daher eine hydraulisch-elektrische Regeleinheit HECU (Hydraulic Electric Control Unit) 96, die für die elektrohydraulische Ansteuerung der Bremsen zuständig ist. Die HECU 96 wiederum kommuniziert beidseitig mit einer dem Elektromotor 84 zugeordneten elektronischen Kontrolleinheit ECU (Electronic Control Unit) 100. Die in beide Richtungen gehende Kommunikation wird durch den zweiten Doppelpfeil 104 verdeutlicht. Bei einer Betätigung des Fußpedals 22 baut die HECU 96 hydraulisch Bremsdruck in den Vorderradbremsen 10 auf. Die ABS- und RLP-Routinen können den zur rekuperativen Bremsmomenterzeugung benötigten Vorgängen überlagert sein. Die HECU 96 gibt nun der ECU 100 den Befehl, rekuperativ Bremsmoment aufzubauen. Die ECU 100 wiederum kommuniziert mit der elektronischen Motorkontrolleinheit 92, über die sie Informationen zur in der aktuellen Fahrsituation möglichen rekuperativen Energiegewinnung erhält. Die Motorkontrolleinheit 92 kann als eine zusätzliche ECU ausgestaltet und konfiguriert sein.
Die ECU 100 steuert über die Motorkontrolleinheit 92 den Elektromotor 84 derart an, dass das größtmöglich verfügbare Rekuperationsmoment genutzt wird, sofern es mit dem gesamten Verzögerungssollwert des Hinterrades verträglich ist. Besteht kein Bedarf an Energie, beispielsweise wenn das Bordnetz und/oder Batterien voll geladen sind, kann auf eine rekuperative Bremsmomentgewinnung auch komplett verzichtet werden. In jedem Fall wird die Differenz zwischen dem durch Rekuperation aufgebauten Verzögerungsmoment des Hinterrades und dem von der HECU 96 ermittelten optimalen Verzögerungsmoment elektrohydraulisch aktiv durch Druckaufbau auf die Hinterradbremse 18 geleistet. Die Drücke in den Bremskreisen 6, 14 bzw. an den Bremsen 10, 18 unterliegen einem Regelungsvorgang. Die HECU 96 kann dazu die durch die Drucksensoren 38 gemessenen Drücke und die durch die Drehzahlsensoren 80 gemessenen Umdrehungszahlen der Räder benutzen.
Im allgemeinen Fall ergibt sich die Gesamtbremskraft des Kraftfahrzeuges als Summe der hydraulisch betätigten und der elektrohydraulisch angesteuerten Bremsen sowie der Bremskraft des als Generator wirkenden Elektromotors.
Der in 2 dargestellte Elektroroller 120 mit zwei Vorderrädern 122 und einem Hinterrad 123 ist in einer ersten, hier nicht noch einmal in allen Einzelheiten dargestellten Variante mit dem Bremssystem gemäß 1 ausgestattet. In einer zweiten Ausführungsform ist das Bremssystem in weiter unten beschriebener Weise modifiziert. Es ist auch vorstellbar, ein vierrädriges Kraftfahrzeug mit dem Bremssystem auszustatten, wobei dann zu den zwei Hinterrädern 123 zwei Hinterradbremsen 18 korrespondieren.
Der Elektroroller 120 wird alleine durch den Elektromotor 84 angetrieben. Dieser Elektromotor 84 kann beim Bremsvorgang im Generatorbetrieb zur Rückgewinnung von Energie benutzt werden. Die Vorderradbremsen 10 werden in diesem Fall durch das Fußpedal 22 betätigt, während die Hinterradbremse 18 durch den Handbremshebel 26 betätigt wird. Wie weiter oben bereits beschrieben wurde, ist das Bremssystem des Elektrorollers 120 als Teilintegral-Bremssystem ausgelegt, so dass bei einer Betätigung des Fußpedals 22 neben den Vorderradbremsen 10 zugleich auch die Hinterradbremse 18 und der im Rekuperationsbetrieb als Generator wirksame Elektromotor 84 angesteuert werden.
In einer gegenüber der Basisversion gemäß 1 modifizierten Ausführungsform ist in den Vorderradbremskreis 6 ein Druckspeicher 124 mit einem zugeordneten Speicherventil 128 eingesetzt. Das Speicherventil 128 ist dabei in dem Bremsleitungsabschnitt zwischen dem Druckspeicher 124 und den Vorderradbremsen 10 angeordnet. In 1 sind diese zusätzlichen Komponenten gestrichelt eingezeichnet.
Bei einer Betätigung des Fußpedals 22 wird Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher 124 geleitet, wodurch sich Druck im Vorderradbremskreis 6 aufbaut. Zu diesem Zeitpunkt wird die Vorderradbremse bzw. werden die Vorderradbremsen 10 nicht mit Bremsdruck beaufschlagt, da das Speicherventil 128 geschlossen ist. Die HECU 96 kommuniziert nun mit der ECU 100 und versucht, rein rekuperativ die Verzögerung des Fahrzeuges zu erreichen. Erst bei weiterer Betätigung des Fußpedals 22 wird das Speicherventil 128 umgeschaltet, so dass nun die Vorderradbremsen 10 mit Bremsdruck beaufschlagt werden. Auch in diesem Falle kann bei Bedarf zusätzlich zum rekuperativen Bremsmoment von der HECU 96 elektrohydraulisch Druck auf die Hinterradbremse 18 aufgebaut werden.
Der Wirkzusammenhang der HECU 96 mit den Vorderradbremsen 10 ist durch einen ersten gestrichelten Pfeil 170 und der Wirkzusammenhang der HECU 96 mit der Hinterradbremse 18 durch einen zweiten gestrichelten Pfeil 174 veranschaulicht. Die Kommunikation zwischen der ECU 100 und dem Elektromotor 84 (unter Einbeziehung der Motorkontrolleinheit 92) ist durch einen vierten Doppelpfeil 178 angedeutet.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des Bremssystems in einem Ablaufdiagramm veranschaulicht. Das Verfahren beginnt zum Startzeitpunkt START 140, wenn der Fahrer durch Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung einen Verzögerungswunsch äußert. In Block 144 wird von der HECU 96 hydraulisch Druck im Vorderradbremskreis 6 aufgebaut. In Block 148 wird von der HECU 96 in Abhängigkeit von dem im Vorderbremskreis 6 gemessenen Druck sowie von den mit Hilfe der Drehzahlsensoren gemessenen Raddrehgeschwindigkeiten ein Verzögerungssollwert für das Hinterrad 123 ermittelt. Die zu den Blöcken 144 und 148 zugeordneten Vorgänge bzw. Prozesse können auch im Wesentlichen zeitgleich ablaufen. Sobald dieser Verzögerungssollwert ermittelt ist, gibt die HECU 96 in Block 152 der ECU 100 den Befehl, rekuperativ Bremsmoment aufzubauen. Die ECU 100 macht eine Anfrage an die Motorkontrolleinheit 92, in welchem Maße Bremsmoment rekuperativ aufgebaut werden kann. Dies kann von dem Ladezustand des Bordnetzes oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängen. In Block 156 übermittelt die ECU 100 der HECU 96 die Größe des verfügbaren rekuperativen Bremsmomentes.
In der Verzweigung 158 wird nun überprüft, ob das zur Verfügung stehende rekuperative Bremsmoment ausreicht, den Verzögerungssollwert zu erfüllen. Um ein Überbremsen zu verhindern, wird das rekuperative Bremsmoment nur in dem Maße genutzt, dass der Verzögerungssollwert nicht überschritten wird. Reicht das rekuperative Bremsmoment aus, den Verzögerungssollwert zu erfüllen, wird hinten rein rekuperativ gebremst, die Verzweigung folgt der Ja-Entscheidung 160 zum STOP 162 des Verfahrens.
Reicht andererseits das rekuperative Bremsmoment nicht aus, so folgt das Verfahren der Nein-Entscheidung 164 zu Block 166. In Block 166 wird von der HECU 96 aktiv, in diesem Falle elektrohydraulisch, die Hinterradbremse 18 mit Bremsdruck beaufschlagt. Dabei wird gerade soviel Bremsdruck erzeugt, dass die Summe aus elektrohydraulisch und rekuperativ erzeugtem Bremsmoment zur gewünschten Verzögerung des Hinterrades führt. Alternativ oder zusätzlich wird die Vorderradbremse 10 mit Bremsdruck beaufschlagt. Das Verfahren wird damit beendet und geht weiter zu STOP 162.
Die einzelnen Teile bzw. Schritte des Verfahrens können während eines Bremsvorganges vielfach und gegebenenfalls auch in unterschiedlicher Reihenfolge ablaufen. Insbesondere wird im Wesentlichen während des gesamten Bremsvorganges der nötige Bremsdruck von der HECU 96 geregelt, wobei die HECU 96 mit der ECU 100 kommuniziert und über die Drucksensoren 38 und die Drehzahlsensoren 80 den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges überwacht.
Bezugszeichenliste

2: Bremssystem
6: Vorderradbremskreis
10: Vorderradbremse
14: Hinterradbremskreis
18: Hinterradbremse
22: Fußpedal
26: Handbremshebel
30: Hauptbremszylinder
34: Vorratsbehälter
38: Drucksensor
42: Einlassventil
46: Auslassventil
48: Trennventil
52: Umschaltventil
56: Rücklaufleitung
60: Niederdruckspeicher
64: Saugpfad
68: Pumpe
72: Pumpenelektromotor
76: Bremsleitung
80: Drehzahlsensor
84: Elektromotor
88: Hinterachse
92: Motorkontrolleinheit
94: erster Doppelpfeil
96: HECU
100: ECU
104: zweiter Doppelpfeil
108: dritter Doppelpfeil
120: Elektroroller
122: Vorderrad
123: Hinterrad
124: Druckspeicher
128: Speicherventil
140: START
144, 148: Block
152, 156: Block
158: Verzweigung
160: Ja-Entscheidung
162: STOP
164: Nein-Entscheidung
166: Block
170: erster gestrichelter Pfeil
174: zweiter gestrichelter Pfeil
178: vierter Doppelpfeil

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 102007025273 A1 [0007]
DE 102008017480 [0012]

Claims

Bremssystem (2) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Roller oder ein Motorrad, mit wenigstens einem Vorderrad (122), einem Hinterrad (123), mit wenigstens einer Vorderradbremse (10) und einer Hinterradbremse (18), einer Regeleinheit zur Regelung der Bremsdrücke an der jeweiligen Vorderradbremse (10) und der Hinterradbremse (18), und einer Primärbetätigungseinrichtung, die über die Regeleinheit sowohl die jeweilige Vorderradbremse (10) als auch die Hinterradbremse (18) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Kraftfahrzeug antreibender Elektromotor (84) vorgesehen ist, dessen Antriebswelle mit der Hinterachse (88) des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei die Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass sie bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung den Elektromotor (84) als Generator zur Erzeugung von rekuperativem Bremsmoment auf die Hinterachse (88) betreibt.
Bremssystem (2) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinheit derart konfiguriert ist, dass das verfügbare rekuperative Bremsmoment, sofern das dadurch hervorgerufene Bremsmoment nicht zur Überschreitung eines von der Regeleinheit ermittelten Verzögerungssollwertes des Hinterrades (123) führt, vollständig genutzt wird.
Bremssystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektromotor (84) zur Einspeisung von Energie im Rekuperationsbetrieb mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Regeleinheit eine den Bremsen (10, 18) zugeordnete kombiniert hydraulisch-elektronische Regeleinheit umfasst, die bei Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung die jeweilige Vorderradbremse (10) in einem zugeordneten hydraulischen Primärbremskreis hydraulisch und die Hinterradbremse (18) elektrohydraulisch ansteuert, sowie eine dem Elektromotor (84) zugeordnete elektronische Kontrolleinheit.
Bremssystem (2) nach Anspruch 4, wobei die Regeleinheit signaleingangsseitig mit einem Primärdrucksensor, der den Druck in dem hydraulischen Primärbremskreis misst, verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass sie einen Verzögerungssollwert des Hinterrades (123) in Abhängigkeit von dem von dem Primärdrucksensor gemessenen Druck ermittelt.
Bremssystem (2) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in dem der jeweiligen Vorderradbremse (10) zugeordneten Primärbremskreis ein Druckspeicher mit einem zugeordneten Speicherventil vorgesehen ist, welcher derart ausgelegt ist, dass er bei anfänglicher Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung bei geschlossenem Speicherventil (128) unter Druckaufbau im Primärbremskreis Bremsflüssigkeit aufnimmt, wobei bei weiterer Betätigung unter Öffnung des Speicherventils (128) die jeweilige Vorderradbremse (10) mit Druck beaufschlagt wird.
Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Sekundärbetätigungseinrichtung vorgesehen ist, über die die Hinterradbremse (18) angesteuert wird.
Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Regeleinheit signaleingangsseitig mit den jeweiligen Vorder- und Hinterrädern (122, 123) zugeordneten Raddrehzahlsensoren (80) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (2) mit genau zwei Vorderrädern (122), genau einem Hinterrad (123) und einem Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftfahrzeug, insbesondere Kraftrad, mit genau einem Vorderrad (122), genau einem Hinterrad (123) und einem Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Elektromotor (84) Teil eines Hybridantriebsystems ist, das den Elektromotor (84) und einen Verbrennungsmotor umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei Äußerung eines Verzögerungswunsches des Fahrers durch Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung die jeweilige Vorderradbremse (10) mit Bremsdruck beaufschlagt wird und in Abhängigkeit vom Verzögerungswunsch ein Verzögerungssollwert des Hinterrades (123) von der Regeleinheit ermittelt wird, und wobei ein Anteil des Verzögerungssollwertes als rekuperatives Bremsmoment von dem Elektromotor (84) auf die Hinterachse (88) und der andere Anteil durch aktiven Bremsdruckaufbau von der Regeleinheit auf die Hinterradbremse (18) übertragen wird.
Verfahren zum Betreiben eines Bremssystem (2) nach Anspruch 6, wobei bei Äußerung eines Verzögerungswunsches des Fahrers durch Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung in dem der jeweiligen Vorderradbremse (10) zugeordneten Primärbremskreis bei geschlossenem Speicherventil (128) Bremsflüssigkeit in den Druckspeicher geleitet wird und damit Druck aufgebaut wird und in Abhängigkeit vom Verzögerungswunsch ein Verzögerungssollwert des Hinterrades (123) von der Regeleinheit ermittelt wird, und wobei ein Anteil des Verzögerungssollwertes als rekuperatives Bremsmoment von dem Elektromotor (84) auf die Hinterachse (88) und der andere Anteil durch aktiven Bremsdruckaufbau von der Regeleinheit auf die jeweilige Hinterradbremse (18) übertragen wird, wobei bei weiterer Betätigung der Primärbetätigungseinrichtung durch Öffnung des Speicherventils (128) die jeweilige Vorderradbremse (10) hydraulisch mit Bremsdruck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das verfügbare rekuperative Bremsmoment, sofern das dadurch hervorgerufene Bremsmoment nicht zu einer Überschreitung des Verzögerungssollwertes führt, vollständig genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Verzögerungssollwert des Hinterrads in Abhängigkeit von einer oder mehreren der folgenden Größen berechnet oder anhand von in der Regeleinheit hinterlegten Daten ermittelt wird: Verzögerungswunsch des Fahrers, Bremsdruck an der jeweiligen Vorderradbremse (10), Geschwindigkeit des Fahrzeuges, Verzögerung des Fahrzeuges, Radgeschwindigkeiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Größe des rekuperativ erzeugten Anteils des Verzögerungssollwertes in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Bordnetzes gewählt wird.