DE102020200916A1 - Method for maximizing recuperation energy when braking a vehicle with an electrical machine and braking device for braking a vehicle with an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine (EM) umfassend ein Erkennen (S1) einer Notwendigkeit für einen Bremseingriff bei einem Betrieb des Fahrzeugs; ein Ermitteln (S2) von Daten über eine Umgebung des Fahrzeugs und/oder des Fahrzeugs selbst und/oder der elektrischen Maschine (EM) während des Bremseingriffs; ein Beurteilen (S3) der durch das Bremsen während des Bremseingriffs erzeugbaren Rekuperationsenergie basierend auf den ermittelten Daten; ein Bestimmen (S4) eines optimalen Bremsverlaufs für eine Bremsintensität und/oder für eine zeitliche Bremswirkung für den Bremseingriff derart, dass die Rekuperationsenergie beim optimalen Bremsverlauf maximiert wird; und ein automatisches Durchführen (S5) des Bremseingriffs gemäß dem optimalen Bremsverlauf.The present invention creates a method for maximizing recuperation energy when braking a vehicle with an electrical machine (EM), comprising a recognition (S1) of a need for a braking intervention when the vehicle is in operation; a determination (S2) of data about the surroundings of the vehicle and / or the vehicle itself and / or the electrical machine (EM) during the braking intervention; an assessment (S3) of the recuperation energy that can be generated by braking during the braking intervention based on the determined data; a determination (S4) of an optimal braking profile for a braking intensity and / or for a braking effect over time for the braking intervention in such a way that the recuperation energy is maximized during the optimal braking profile; and an automatic implementation (S5) of the braking intervention in accordance with the optimal braking profile.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und eine Bremseinrichtung zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine.The present invention relates to a method for maximizing recuperation energy when braking a vehicle with an electrical machine and a braking device for braking a vehicle with an electrical machine.
Stand der TechnikState of the art
Bei Fahrzeugen mit einem elektrischen Traktionsantrieb kann ähnlich wie bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eine Verzögerung durch eine Pedalbewegung herbeigeführt werden, insbesondere durch ein Zurücknehmen eines Gaspedals und/oder durch ein Betätigen eines Bremspedals. Bei einer Reduzierung der Fahrtgeschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einem Elektromotor kann Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt bzw. zurückgewonnen und z.B. in einer Batterie gespeichert werden. Dieser Vorgang wird auch als Rekuperation beschrieben. Wird die Pedalbewegung vom Fahrer direkt bei einem Betrieb des Fahrzeugs getätigt, so kann der Fahrer das Rekuperationsverhalten des Elektromotors sowie weiterer Komponenten im Fahrzeug oder dem Elektromotor meist nur schwer abschätzen und das Verzögerungsverhalten nur schwer an eine gewünschte Energiemaximierung anpassen.In vehicles with an electric traction drive, similar to vehicles with internal combustion engines, a deceleration can be brought about by a pedal movement, in particular by releasing an accelerator pedal and / or by pressing a brake pedal. When reducing the speed of a vehicle with an electric motor, kinetic energy can be converted into electrical energy or recovered and stored in a battery, for example. This process is also described as recuperation. If the driver uses the pedal directly while the vehicle is in operation, the driver can usually only assess the recuperation behavior of the electric motor and other components in the vehicle or the electric motor with difficulty and it is difficult to adapt the deceleration behavior to a desired energy maximization.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1 und eine Bremseinrichtung zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 11.The present invention provides a method for maximizing recuperation energy when braking a vehicle with an electric machine according to claim 1 and a braking device for braking a vehicle with an electric machine according to claim 11.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Verzögerung bei einem Fahrzeug mit einem elektrischen Traktionsantrieb herbeizuführen, welche automatisch ausgelöst wird und ohne Betätigung durch den Fahrer erfolgt und somit eine Verzögerung derart angepasst werden kann, dass diese zu einer maximalen Rekuperationsenergie führt und dafür die Zustände und Effizienzen der beteiligten Subsysteme berücksichtigen kann.The idea on which the present invention is based is to bring about a deceleration in a vehicle with an electric traction drive, which is automatically triggered and takes place without actuation by the driver and thus a deceleration can be adapted in such a way that it leads to maximum recuperation energy and for this can take into account the states and efficiencies of the subsystems involved.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine ein Erkennen einer Notwendigkeit für einen Bremseingriff bei einem Betrieb des Fahrzeugs; ein Ermitteln von Daten über eine Umgebung des Fahrzeugs und/oder des Fahrzeugs selbst und/oder der elektrischen Maschine während des Bremseingriffs; ein Beurteilen der durch das Bremsen während des Bremseingriffs erzeugbaren Rekuperationsenergie basierend auf den ermittelten Daten; ein Bestimmen eines optimalen Bremsverlaufs für eine Bremsintensität und/oder für eine zeitliche Bremswirkung für den Bremseingriff derart, dass die Rekuperationsenergie beim optimalen Bremsverlauf maximiert wird; und ein automatisches Durchführen des Bremseingriffs gemäß dem optimalen Bremsverlauf.According to the invention, in the method for maximizing recuperation energy when braking a vehicle with an electrical machine, a need for a braking intervention is recognized when the vehicle is in operation; determining data about the surroundings of the vehicle and / or the vehicle itself and / or the electrical machine during the braking intervention; an assessment of the recuperation energy that can be generated by braking during the braking intervention based on the determined data; determining an optimal braking profile for a braking intensity and / or for a braking effect over time for the braking intervention in such a way that the recuperation energy is maximized during the optimal braking profile; and an automatic implementation of the braking intervention according to the optimal braking profile.
Das Fahrzeug umfasst vorteilhaft einen elektrischen Traktionsantrieb, etwa ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, vorzugsweise mit einem starken Elektromotor, um ausreichend Verzögerung zu erzeugen. Der Traktionsantrieb kann eine elektrische Maschine umfassen, welche weiterhin, eine Leistungselektronik mit einem Inverter und eine Steuereinrichtung und eine elektrische Energiespeichervorrichtung, etwa eine Batterie, umfassen kann. Zur Erzeugung von Rekuperationsenergie kann die elektrische Maschine als ein Generator betrieben werden und elektrische Energie in das System des Traktionsantriebs oder des Fahrzeugs einspeisen. Die erzeugte Rekuperationsenergie kann nur dann in das System des Traktionsantriebs oder des Fahrzeugs eingespeist werden, wenn dieses auch elektrische Energie aufnehmen kann. Dazu muss die Energie von einer Energiespeichervorrichtung oder einem Verbraucher aufgenommen werden können.The vehicle advantageously comprises an electric traction drive, for example a purely electrically operated vehicle or a hybrid vehicle, preferably with a powerful electric motor, in order to generate sufficient deceleration. The traction drive can comprise an electrical machine, which can furthermore comprise power electronics with an inverter and a control device and an electrical energy storage device, for example a battery. To generate recuperation energy, the electrical machine can be operated as a generator and feed electrical energy into the system of the traction drive or the vehicle. The generated recuperation energy can only be fed into the system of the traction drive or the vehicle if it can also absorb electrical energy. For this purpose, the energy must be able to be absorbed by an energy storage device or a consumer.
Das System des Traktionsantriebs oder des Fahrzeugs kann zu einer derartigen Energieaufnahme eingerichtet sein, indem dieses eine entsprechende Energiespeichervorrichtung und/oder einen lokalen elektrischen Verbraucher umfasst, etwa eine Klimaanlage. Die erzeugte Menge der Rekuperationsenergie kann überwacht und/oder abgeschätzt (vorhergesagt) werden. Hierbei kann etwa berücksichtigt werden, wieviel Rekuperationsenergie bei weiterführender Fahrt erzeugt werden wird. Dabei können Effizienzen und/oder Betriebszustände der beteiligten Subsysteme, wie des Inverters oder der Ladezustand und die Aufnahmefähigkeit der Energiespeichervorrichtung oder der Verbraucher, berücksichtigt und abgeschätzt werden. Der Verlauf der Fahrt selbst und Einflussparameter auf diese, etwa ein Geschwindigkeitsprofil durch bekannte oder erkannte Steigungen und Gefälle, kann in die Einschätzung der in naher Zukunft erzeugten Energie einfließen. Der Verlauf der Fahrt kann durch visuelle Sensoren oder Positionssysteme (etwa GPS oder ähnliche) unterstützt werden.The system of the traction drive or of the vehicle can be set up to absorb such energy by including a corresponding energy storage device and / or a local electrical consumer, for example an air conditioning system. The generated amount of recuperation energy can be monitored and / or estimated (predicted). Here, it can be taken into account, for example, how much recuperation energy will be generated when the journey continues. The efficiencies and / or operating states of the subsystems involved, such as the inverter or the state of charge and the capacity of the energy storage device or the consumer, can be taken into account and estimated. The course of the journey itself and parameters influencing it, such as a speed profile based on known or recognized inclines and declines, can be included in the assessment of the energy generated in the near future. The course of the journey can be through visual sensors or Position systems (such as GPS or similar) are supported.
Der Bremsverlauf kann dann optimal sein, wenn die für den jeweiligen Fahr- oder Betriebszustand maximal zu erreichende oder speicherbare oder verbrauchbare Rekuperationsenergie erzeugt werden kann. Mit anderen Worten kann das Verzögern derart begrenzt werden, dass lediglich so viel Rekuperationsenergie erzeugt wird, wie diese vom System des Traktionsantriebs oder des Fahrzeugs aufgenommen werden kann.The braking process can be optimal if the maximum recuperation energy that can be achieved or that can be stored or consumed for the respective driving or operating state can be generated. In other words, the deceleration can be limited in such a way that only as much recuperation energy is generated as can be absorbed by the traction drive system or the vehicle.
Wenn das Bremsen nur rein elektrisch erfolgt, so muss der optimierte Bremsverlauf hierbei noch zum Einhalten von Sicherheitsstandards angepasst werden, wobei eine ausreichende Bremskraft erzeugbar bleiben kann, um die aus der anstehenden Fahrt abgeschätzten oder erkannten Verzögerungsprofile erfüllen zu können, welche für den vorgesehenen Fahrtverlauf notwendig sind. Wenn eine sichere Bremsung aus der elektrischen Bremsung allein auch bei entsprechender Anpassung der Rekuperationsenergie nicht mehr gewährleistet werden kann, kann zusätzlich eine Reibbremse im Fahrzeug benutzt werden um die Bremswirkung zu vergrößern und die Bremsung sicherer zu machen und die Wahrscheinlichkeit der Kollision mit einem Hindernis oder für einen unbeherrschbaren Fahrverlauf zu verringern.If the braking is purely electrical, the optimized braking process must be adapted to comply with safety standards, with sufficient braking force being able to be generated in order to be able to meet the deceleration profiles estimated or recognized from the upcoming journey, which are necessary for the intended journey are. If safe braking from electrical braking alone can no longer be guaranteed even with appropriate adjustment of the recuperation energy, a friction brake can also be used in the vehicle to increase the braking effect and make braking safer and reduce the likelihood of a collision with an obstacle or for to reduce an uncontrollable driving process.
Eine Automatisierung des Verzögerungsvorgangs kann somit dazu beitragen, dass das System des Fahrzeugs, etwa durch eine Steuereinrichtung, die zu rekuperierende Energie maximieren kann und dazu die Betriebsmodi und Zustände sowie die Effizienzen zum Verbrauch und deren Betrieb der Subsysteme wie die der Energieaufnahmevorrichtung, des Inverters, der elektrischen Maschine, des Getriebes oder Einflussgrößen für die Erzeugung der Rekuperationsenergie, etwa die Effizienz der Maschine, das Fahrzeuggewicht, den Fahrbahnzustand, die Neigung der Fahrbahn, der Umweltbedingungen und/oder des bestehenden Verkehrs oder weitere abschätzen oder erkennen und berücksichtigen kann.Automation of the deceleration process can thus help the system of the vehicle, for example through a control device, to maximize the energy to be recuperated and, in addition, the operating modes and states as well as the efficiencies for consumption and their operation of the subsystems such as the energy absorption device, the inverter, the electrical machine, the transmission or influencing variables for the generation of the recuperation energy, such as the efficiency of the machine, the vehicle weight, the road condition, the inclination of the road, the environmental conditions and / or the existing traffic or others can estimate or recognize and take into account.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden für den optimalen Bremsverlauf eine minimale und/oder eine maximale Bremsintensität bestimmt.According to a preferred embodiment of the method, a minimum and / or a maximum braking intensity are determined for the optimal braking process.
Es kann hierbei das Verfahren derart ausgelegt sein, einen Bremsverlauf bei Annäherung an ein Hindernis oder beispielsweise eine Ampel derart zu generieren, dass erst kurz vor dem Hindernis oder der Ampel die Verzögerung eintritt, etwa an den verbleibenden 10 % des Weges nach Erkennen des Hindernisses oder der Ampel. Für diesen Zweck kann die maximale Bremsintensität entsprechend ausgelegt sein. Die minimale und/oder maximale Bremsintensität kann je nach Anspruch an den Fahrkomfort während der Verzögerung ausgelegt sein und einer Erfüllung des vorgegebenen Fahrkomforts entsprechen.In this case, the method can be designed to generate a braking process when approaching an obstacle or, for example, a traffic light in such a way that the deceleration only occurs shortly before the obstacle or the traffic light, for example on the remaining 10% of the way after the obstacle has been recognized or the traffic light. The maximum braking intensity can be designed accordingly for this purpose. The minimum and / or maximum braking intensity can be designed depending on the demands on the driving comfort during the deceleration and correspond to the fulfillment of the predetermined driving comfort.
Ein Fahrer kann über eine Schnittstelle oder über eine Datenübermittlung, etwa über einen personalisierten Datensatz, seine Komfortvorgaben an die Steuereinrichtung übermitteln und/oder speichern. Der Grad der Effizienz betreffend die Maximierung der Rekuperationsenergie kann ebenfalls daran angepasst werden und die Maximierung bei einer geringeren Abbremsung etwas geringer ausfallen.A driver can transmit and / or save his comfort settings to the control device via an interface or via a data transfer, for example via a personalized data record. The degree of efficiency relating to the maximization of the recuperation energy can also be adapted to this and the maximization can be somewhat lower in the case of less braking.
Die minimale Bremsintensität kann derart gewählt oder vorbestimmt sein, dass ein zumindest einzuhaltender Sicherheitsstandard für eine zumindest erbringbare Bremsleistung erfüllt werden kann. Die minimale Bremsintensität kann des Weiteren derart gewählt oder vorbestimmt sein, dass ein Mindestsicherheitsabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten werden kann.The minimum braking intensity can be selected or predetermined in such a way that a safety standard that is at least to be complied with can be met for an at least achievable braking performance. The minimum braking intensity can furthermore be selected or predetermined in such a way that a minimum safety distance from a vehicle traveling ahead can be maintained.
Die minimale und/oder maximale Bremsintensität können weiterhin an die Verkehrslage, die Topographie der Fahrbahn und/oder an Wetterbedingungen angepasst werden und eine Vorgabe von Maximierung der Rekuperationsenergie, des Fahrkomforts, der Sicherheitsvorgaben und Sicherheitsabstände einhalten.The minimum and / or maximum braking intensity can also be adapted to the traffic situation, the topography of the roadway and / or weather conditions and comply with a specification of maximizing the recuperation energy, driving comfort, the safety specifications and safety distances.
Die Verkehrslage kann über eine Sensorik, etwa Front- und/oder Rückkameras und/oder Radarsensoren und/oder Ultraschallsensoren ermittelt und beobachtet werden. Hierbei kann vorgegeben werden, dass das Fahrzeug mit einem Verkehr mitschwimmen kann und der Bremsverlauf kann derart angepasst werden, dass eine gefühlte Behinderung anderer Verkehrsteilnehmer verringert oder sogar verhindert werden kann.The traffic situation can be determined and observed via a sensor system, for example front and / or rear cameras and / or radar sensors and / or ultrasonic sensors. It can be specified here that the vehicle can swim with traffic and the braking process can be adapted in such a way that a perceived obstruction to other road users can be reduced or even prevented.
Nach einem anderen Szenario kann nach Erkennen eines Hindernisses oder einer Ampel die Verzögerung unmittelbar und sanft, also mit einer geringeren Intensität als bei der Bremsung nur unmittelbar vor dem Hindernis oder der Ampel erfolgen, wodurch die minimale und/oder maximale Bremsintensität entsprechend eingestellt werden kann, etwa durch eine Steuereinrichtung. Eine derartige automatische Zielbremsung vor einem Hindernis und/oder einer Ampel kann effizienter, komfortabler und/oder sicherer sein, als wenn diese von einem Fahrer selbst durchgeführt wird.According to another scenario, after recognizing an obstacle or a traffic light, the deceleration can take place immediately and gently, i.e. with a lower intensity than when braking only directly in front of the obstacle or the traffic light, whereby the minimum and / or maximum braking intensity can be set accordingly, for example by a control device. Such automatic target braking in front of an obstacle and / or a traffic light can be more efficient, more comfortable and / or safer than if it is carried out by a driver himself.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Daten über die Umgebung des Fahrzeugs und/oder über das Fahrzeug selbst und/oder über die elektrische Maschine über eine Sensoreinrichtung während des Bremseingriffs ermittelt und/oder sind in einer Speichereinrichtung gespeichert und/oder sind zumindest von einer Steuereinrichtung abrufbar.According to a preferred embodiment of the method, the data about the surroundings of the vehicle and / or about the vehicle itself and / or about the electrical machine are determined via a sensor device during the braking intervention and / or are in a memory device stored and / or can at least be called up by a control device.
Die Speichereinrichtung kann sich an Bord des Fahrzeugs befinden oder zumindest mit diesem über eine Datenkommunikationsplattform (etwa eine Cloud) verbunden sein. Die Steuereinrichtung im Fahrzeug kann vorteilhaft eine optimale Bremstrajektorie berechnen und innerhalb von gegebenen Grenzen umsetzen. Diese kann von Fahrsituation zu Fahrsituation unterschiedlich sein und entsprechend erkannt und berücksichtigt werden.The storage device can be located on board the vehicle or at least connected to it via a data communication platform (such as a cloud). The control device in the vehicle can advantageously calculate an optimal braking trajectory and implement it within given limits. This can vary from driving situation to driving situation and can be recognized and taken into account accordingly.
Die Bremstrajektorie als Bremsverlauf kann vorteilhaft dem energetisch optimalen Verzögerungsverlauf entsprechen. Dies kann vorteilhaft unabhängig von der Auswahl des Optimierungsalgorithmus sein und es können unterschiedlichste mathematische Verfahren angewendet werden. Die Steuereinrichtung kann eine zentrale Steuereinrichtung im Fahrzeug sein, welche auf Daten zur momentanen Beurteilung der Effizienz des elektrischen Traktionsantriebs zurückgreifen kann. Diese Daten können in der Steuereinrichtung und oder Speichereinrichtung hinterlegt sein. Die Steuereinrichtung kann die Speichereinrichtung auch selbst umfassen.The braking trajectory as the braking course can advantageously correspond to the energetically optimal deceleration course. This can advantageously be independent of the selection of the optimization algorithm and a wide variety of mathematical methods can be used. The control device can be a central control device in the vehicle, which can access data for the momentary assessment of the efficiency of the electric traction drive. These data can be stored in the control device and / or memory device. The control device can also comprise the storage device itself.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfassen die Daten einen Ladezustand der Batterie und/oder ein Wirkungsgradkennfeld der Batterie und/oder ein Wirkungsgradkennfeld eines Inverters und der elektrischen Maschine und/oder einen Fahrwiderstandswert des Fahrzeugs und/oder auftretende Bordnetzlasten und/oder eine Topologie des Fahrterrains.According to a preferred embodiment of the method, the data include a state of charge of the battery and / or an efficiency map of the battery and / or an efficiency map of an inverter and the electrical machine and / or a driving resistance value of the vehicle and / or occurring on-board network loads and / or a topology of the driving terrain .
Das Wirkungsgradkennfeld der Batterie kann einen Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Strom und/oder vom Ladezustand und/oder von der Temperatur und/oder vom Alterungszustand der Batterie aufweisen. Das Wirkungsgradkennfeld eines Inverters und der elektrischen Maschine kann einen Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Drehmoment und/oder von der Drehzahl und/oder von der Temperatur der Maschine oder der Inverters aufweisen.The efficiency map of the battery can have an efficiency as a function of the current and / or the state of charge and / or the temperature and / or the aging state of the battery. The efficiency map of an inverter and the electrical machine can have an efficiency as a function of the torque and / or the speed and / or the temperature of the machine or the inverter.
Der Fahrwiderstand des Fahrzeugs kann auf einen Rollwiderstand und/oder Luftwiderstand basieren. Diese Wirkungsgradkennfelder und/oder Fahrwiderstände des Fahrzeugs können im der Speichereinrichtung fest eingespeichert sein oder adaptiv (online) durch Sensoren oder durch die Steuereinrichtung selbst ermittelt werden. Diese kann dazu mit entsprechenden Sensoren verbunden sein. So kann beispielsweise auch eine Lernfunktion in der Steuereinrichtung und/oder einer externen Steuerung oder einem Computer vorhanden sein und angewendet werden, welche etwa durch eine direkte Beobachtung (Online-Beobachtung) von Ausrollvorgängen und/oder Verzögerungs- und/oder Beschleunigungsvorgängen und einer anschließenden Parameterschätzung die Fahrwiderstandswerte des Fahrzeugs ermitteln oder abschätzen kann.The driving resistance of the vehicle can be based on rolling resistance and / or air resistance. These efficiency maps and / or driving resistances of the vehicle can be permanently stored in the memory device or can be determined adaptively (online) by sensors or by the control device itself. This can be connected to appropriate sensors for this purpose. For example, a learning function can also be present and used in the control device and / or an external control or a computer, which can be implemented, for example, by direct observation (online observation) of coasting processes and / or deceleration and / or acceleration processes and a subsequent parameter estimation can determine or estimate the driving resistance values of the vehicle.
Durch ein Navigationssystem und/oder ein geeignetes Kartenmaterial und/oder durch Beschleunigungssensoren kann eine aktuelle Steigung ermittelt werden und für die erzeugbare Rekuperationsenergieschätzung berücksichtigt werden.A current gradient can be determined by a navigation system and / or suitable map material and / or by acceleration sensors and can be taken into account for the recuperation energy estimate that can be generated.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Notwendigkeit für einen Bremseingriff ein Hindernis oder eine Ampelschaltung mit einer Sensoreinrichtung erkannt und die Bremsintensität wird derart reguliert, dass diese stets geringer bleibt als ein vorbestimmter Wert.According to a preferred embodiment of the method, an obstacle or a traffic light circuit with a sensor device is recognized as the necessity for a braking intervention and the braking intensity is regulated in such a way that it always remains lower than a predetermined value.
So kann die Bremsintensität vor einem Hindernis oder einer Ampelschaltung unterhalb einer Komfortgrenze und/oder unterhalb einer Betriebsgrenze gehalten werden, wobei die Betriebsgrenze gewährleistet, dass die Rekuperationsenergie unterhalb einer bestimmten Grenze gehalten werden kann, da etwa die Batterie im Fahrzeug derzeit keine hohen Leistungen aufnehmen kann oder der Inverter gerade geschont werden soll oder da für den gesamten elektrischen Antriebsstrang bei einer derartigen Grenze ein Effizienzoptimum vorliegen kann.In this way, the braking intensity in front of an obstacle or a traffic light switch can be kept below a comfort limit and / or below an operating limit, the operating limit ensuring that the recuperation energy can be kept below a certain limit, since the battery in the vehicle, for example, cannot currently consume high power or the inverter just needs to be spared or because an efficiency optimum can exist for the entire electric drive train at such a limit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Betriebsgrenze für einen Inverter und/oder eine Batterie erkannt oder ist in der Speichereinrichtung hinterlegt und wird für das Bestimmen eines optimalen Bremsverlaufs berücksichtigt.According to a preferred embodiment of the method, an operating limit for an inverter and / or a battery is recognized or is stored in the memory device and is taken into account for determining an optimal braking profile.
Des Weiteren können aktuelle Bordnetzlasten auf einer Hochvoltseite und/oder Niedervoltseite des Antriebsstrangs beobachtet werden und derartige Lasten zuschaltbar sein, über welche die Rekuperationsenergie aufgenommen werden kann, so dass kein Einspeisen der Energie in die Batterie oder Energieaufnahmeeinrichtung notwendig ist.Furthermore, current on-board network loads on a high-voltage side and / or low-voltage side of the drive train can be monitored and loads can be switched on via which the recuperation energy can be absorbed, so that the energy does not need to be fed into the battery or energy absorption device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für eine Zielbremsung oder für eine Bremsunterstützung zum Rekuperationsbremsen eine Reibbremse und/oder ein hydraulischer Bremsvorgang betätigt.According to a preferred embodiment of the method, a friction brake and / or a hydraulic braking process is actuated for target braking or for braking assistance for recuperation braking.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Energieaufwand für eine automatische Aktivierung der Bremsunterstützung durch eine Reibbremse und/oder einen hydraulischen Bremsvorgang für den optimalen Bremsverlauf berücksichtigt.According to a preferred embodiment of the method, an energy expenditure for an automatic activation of the braking assistance by a friction brake and / or a hydraulic braking process is taken into account for the optimal braking process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Wunschvorgabe des Fahrers für eine maximale Verzögerung des Fahrzeugs durch den Bremseingriff und wird berücksichtigt und/oder umgesetzt.According to a preferred embodiment of the method, the driver specifies a wish for a maximum deceleration of the vehicle by the braking intervention and is taken into account and / or implemented.
Auch ein Übergang vom elektrischen Bremsen zu einer Unterstützungsbremsung, etwa eine Zielbremsung, durch eine Reibbremse, etwa eine hydraulische, kann energieoptimal im Hinblick auf die Rekuperation gestaltet werden. So kann beispielsweise ein Energieaufwand für eine automatische Aktivierung des Bremssystems, etwa durch eine ESP-Hydraulikpumpe (elektronisches Sicherheitsprogramm zur Schlupfkontrolle oder Einzelradabbremsung) in der energetischen Gesamtoptimierung berücksichtigt werden.A transition from electrical braking to auxiliary braking, such as target braking, by means of a friction brake, such as hydraulic, can also be designed to be energy-efficient with regard to recuperation. For example, the energy expenditure for an automatic activation of the braking system, for example by an ESP hydraulic pump (electronic safety program for slip control or individual wheel braking), can be taken into account in the overall energy optimization.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die elektrische Maschine eine Batterie, einen Inverter und einen Elektromotor. According to a preferred embodiment of the method, the electric machine comprises a battery, an inverter and an electric motor.
Erfindungsgemäß umfasst eine Bremseinrichtung zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine eine Steuereinrichtung in dem Fahrzeug oder ist verbunden mit dem Fahrzeug, welche mit der elektrischen Maschine und mit einer Sensoreinrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist eine Rekuperationsenergie beim Bremsen des Fahrzeugs zu maximieren, wobei die Steuereinrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist eine Notwendigkeit für einen Bremseingriff bei einem Betrieb des Fahrzeugs zu erkennen; Daten über eine Umgebung des Fahrzeugs und/oder des Fahrzeugs selbst und/oder der elektrischen Maschine während des Bremseingriffs zu ermitteln; die durch das Bremsen während des Bremseingriffs erzeugbare Rekuperationsenergie basierend auf den ermittelten Daten zu beurteilen; einen optimalen Bremsverlaufs für eine Bremsintensität und/oder für eine zeitliche Bremswirkung für den Bremseingriff derart zu bestimmen, dass die Rekuperationsenergie beim optimalen Bremsverlauf maximiert wird; und den Bremseingriff gemäß dem optimalen Bremsverlauf automatisches durchzuführen.According to the invention, a braking device for braking a vehicle with an electrical machine comprises a control device in the vehicle or is connected to the vehicle, which is connected to the electrical machine and to a sensor device and is set up to maximize recuperation energy when braking the vehicle, the The control device is also set up to recognize a need for a braking intervention during operation of the vehicle; To determine data about the surroundings of the vehicle and / or the vehicle itself and / or the electrical machine during the braking intervention; to assess the recuperation energy that can be generated by braking during the braking intervention based on the determined data; to determine an optimal braking curve for a braking intensity and / or for a braking effect over time for the braking intervention in such a way that the recuperation energy is maximized during the optimal braking curve; and to carry out the braking intervention automatically according to the optimal braking curve.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Bremseinrichtung umfasst die elektrische Maschine eine Batterie, einen Inverter und einen Elektromotor.According to a preferred embodiment of the braking device, the electric machine comprises a battery, an inverter and an electric motor.
Das Verfahren kann sich auch durch die in Verbindung mit der Bremseinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can also be distinguished by the features mentioned in connection with the braking device and their advantages, and vice versa.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment indicated in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Bremseinrichtung zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung in einer Bremseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und -
3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic representation of a braking device for braking a vehicle with an electrical machine according to an embodiment of the present invention; -
2 a schematic representation of a control device in a braking device according to an embodiment of the present invention; and -
3 a block diagram of method steps of a method for maximizing a recuperation energy when braking a vehicle with an electrical machine according to an embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.
In der
Die elektrische Maschine
Des Weiteren kann eine Reibbremse
Durch die Sensoreinrichtung
Die Steuereinrichtung
Die Energiespeichervorrichtung Batt kann zumindest eine Batterie umfassen. Dadurch kann vorteilhaft abgeschätzt werden, ob und wieviel Energie die Energiespeichervorrichtung im Moment oder in einer nahenden Zukunft aufnehmen kann. Basierend darauf sowie auf den Betriebsdaten der Funktionsweise des Inverters und der elektrischen Maschine kann folglich ermittelt werden wieviel Rekuperationsenergie im System aufgenommen werden kann.The energy storage device Batt can include at least one battery. This makes it possible to advantageously estimate whether and how much energy the energy storage device can absorb at the moment or in the near future. Based on this and on the operating data of the mode of operation of the inverter and the electrical machine, it can consequently be determined how much recuperation energy can be absorbed in the system.
Die Steuereinheit kann so die relevanten Informationen wie Effizienzen von Inverter, Batterie, Maschine, Fahrzeuggewicht usw. sammeln und ermittelt das pareto-optimale Verzögerungsprofil, um maximal viel Energie zu rekuperieren und zeitgleich andere Randbedingungen wie Sicherheit und Komfort einzuhalten. Dabei kann eine Vorgabe gesetzt werden, wonach die Fahrtrajektorie nicht zu langsam verläuft, um ein Verkehrshindernis zu sein, und auch nicht zu abrupt, um die Insassen nicht durchzuschütteln, also einen gewissen Komfort einzuhalten.In this way, the control unit can collect the relevant information such as the efficiency of the inverter, battery, machine, vehicle weight, etc. and determines the Pareto-optimal deceleration profile in order to recuperate as much energy as possible while at the same time complying with other boundary conditions such as safety and comfort. In this case, a specification can be set according to which the driving trajectory does not run too slowly to be a traffic obstacle, and also not too abruptly so as not to shake the occupants, that is, to maintain a certain level of comfort.
Der Fahrer selbst braucht keine Bremseingriffe zu tätigen und kann über ein Infosystem (Anzeige) über den Automatikmodus informiert werden. Sollte die Batterie keine Rekuperationsenergie aufnehmen können, werden automatisch die Reibbremsen aktiviert, um eine sichere Bremsung zu realisieren. Voraussetzung kann sein, dass das Fahrzeug über ausreichend Umfelderkennung verfügt, um die Funktion zuverlässig darstellen zu können.The driver himself does not need to intervene in the brakes and can be informed about the automatic mode via an information system (display). If the battery cannot absorb any recuperation energy, the friction brakes are automatically activated to ensure safe braking. A prerequisite may be that the vehicle has sufficient environment recognition to be able to reliably display the function.
Mit einer Beurteilung der durch das Bremsen während des Bremseingriffs erzeugbaren Rekuperationsenergie kann ein Bestimmen eines optimalen Bremsverlaufs für eine Bremsintensität und/oder für eine zeitliche Bremswirkung für den Bremseingriff derart erfolgen, dass die Rekuperationsenergie beim optimalen Bremsverlauf maximiert wird. Die Steuereinrichtung
Bei dem Verfahren zum Maximieren einer Rekuperationsenergie beim Bremsen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine erfolgt ein Erkennen
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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