Titel

Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer mechanischen Bremse, Recheneinheit und Computerprogramm

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer mechanischen Bremse sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Hintergrund der Erfindung

Zum Bremsen eines Fahrzeugs stehen verschiedene technische Vorrichtungen zur Verfügung, beispielsweise Radbremsen oder auch Elektromotoren, die entweder generatorisch betrieben werden, so dass in der Spule des Elektromotors ein bremsendes Magnetfeld induziert wird, oder die gezielt so bestromt werden, dass der Elektromotor mit einem das Fahrzeug verzögernden Moment beaufschlagt ist.

Die Regelung von elektrischen Motoren in Fahrzeugen basiert in der Regel auf einem Sollmoment als Führungsgröße. Da elektrische Motoren unabhängig von der Drehrichtung sowohl ein positives als auch ein negatives Moment stellen können, besteht im Bereich niedriger Geschwindigkeiten das Problem, eine bestimmte Position oder Geschwindigkeit des elektrischen Motors genau zu stellen. Hierbei muss sichergestellt werden, dass zu keinem Zeitpunkt ein Moment erzeugt wird, dass das Fahrzeug entgegen einer gewünschten Bewegungsrichtung beschleunigt. Falls beispielsweise gewünscht ist, das Fahrzeug mittels des elektrischen Motors bis zum Stillstand abzubremsen, muss sichergestellt werden, dass unmittelbar auf den Stillstand keine Rückwärtsfahrt erfolgt, die durch ein entsprechendes Moment des elektrischen Motors eingeleitet wird. Der Stillstand des Fahrzeugs wird üblicherweise basierend auf einer Auswertung der Fahrzeuggeschwindigkeit erkannt, die Fahrzeuggeschwindigkeit wiederum wird aus einer Raddrehzahl abgeleitet. Hierfür werden üblicherweise Inkrementalgeber verwendet, so dass das Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs nur als unstetige Funktion vorliegt. Bedingt durch diese Messungenauigkeit sowie die Tatsache, dass Latenzen bei der Signalverarbeitung vorhanden sind, ist die Verwendung der Raddrehzahl als Eingangsgröße zur Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Bereich niedriger Geschwindigkeiten, insbesondere bei Geschwindigkeiten nahe null, nicht geeignet.

Zur Verbesserung wird in der DE 10 2019 205 180 A1 ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs, das einen elektrischen Antriebsmotor umfasst, vorgestellt, wobei das Fahrzeug unter Verwendung einer Geschwindigkeitsregelung des elektrischen Antriebsmotors zum Stillstand gebracht wird.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer mechanischen Bremse sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung betrifft im Einzelnen ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmotor und einer mechanischen Bremse bis zum Stillstand und anschließendes halten im Stillstand. Dabei wird in einer ersten Bremsphase ein Bremsmoment mittels des elektrischen Antriebsmotors erzeugt und in einer zweiten Bremsphase ein Bremsmoment mittels der mechanischen Bremse erzeugt.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Zusammenspiel zwischen elektrischem Antriebsmotor und mechanischer Bremse beim Anhalten und im Stillstand des Fahrzeugs. Die Erfindung erlaubt, unbeabsichtigte Fahrzeugbewegungen beim Abbremsen und/oder im Stillstand des Fahrzeugs zu verringern, Verschleiß und Schäden am elektrischem Antriebsmotor zu verringern bzw. zu vermeiden sowie den Komfort bei Abbremsmanövern in der Nähe des oder bis zum Stillstand zu verbessern.

Wird ein Fahrzeug durch einen elektrischen Antriebsmotor abgebremst und im Stillstand festgehalten, muss dieser dauerhaft bestromt werden und ein vorhandenes Drehmoment abstützen, z.B. Hangabtrieb. Dies verbraucht Energie und verschleißt die beteiligten Aggregate. Im Rahmen der Erfindung übernimmt dies nun zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Bremsvorgangs eine mechanische Bremse, was den Verschleiß reduziert und eine Beschädigung der Antriebsmotorkomponenten verhindert.

Dazu werden der elektrische Antriebsmotor und ein Aktor zum Betätigen der mechanischen Bremse so angesteuert, dass ein Beginn der ersten Bremsphase vor einem Beginn der zweiten Bremsphase liegt, ein Ende der ersten Bremsphase nach dem Beginn der zweiten Bremsphase liegt, und das Ende der ersten Bremsphase nach Erreichen des Stillstands liegt.

Weiterhin werden der elektrische Antriebsmotor und der Aktor zum Betätigen der mechanischen Bremse so angesteuert, dass der Beginn der zweiten Bremsphase in Abhängigkeit von einer Auslösebedingung vor, bei oder nach dem Erreichen des Stillstands liegt. Mit anderen Worten existieren in Abhängigkeit von der Auslösebedingung drei Varianten, wie die Bremsen betätigt werden können, um einen komfortablen, aber dennoch sicheren Anhalte- und Festhaltevorgang zu bewirken.

Die Erfindung erlaubt dadurch insbesondere, auch im Falle einer Fehlfunktion oder Überlastung des elektrischen Antriebsmotors das Fahrzeug sicher zu bremsen und festzuhalten. Wenn der elektrische Antriebsmotor beispielsweise nicht in der Lage ist, das erforderliche Drehmoment zum Abbremsen oder Halten des Fahrzeugs bereitzustellen, kann die mechanische Bremse dies übernehmen. Die Erfindung kann in jedem Fahrzeug mit elektrischem Antriebsmotor mit einem separaten Bremssystem eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN- Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist; Figuren 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Verläufe von Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Betriebszustand der Motorbremse und der mechanischen Bremse bei beispielhaften Anhaltevorgängen gemäß Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausführungsform(en) der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10, das zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Steuereinheit 12, bei der es sich insbesondere um die Steuereinheit einer Leistungselektronik handeln kann. Das Fahrzeug 10 umfasst ferner einen elektrische Antriebsmotor 14, der dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Rad 11 des Fahrzeugs 10 anzutreiben. An dem elektrischen Antriebsmotor 14 ist eine Sensorvorrichtung 15 derart angeordnet, dass die Sensorvorrichtung 15 eine Winkelposition und/ oder eine Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors 14 erfasst und an die Steuereinheit 12 übermittelt. Die Steuereinheit 12 steht über eine Signalleitung mit dem elektrischen Antriebsmotor 14 in Verbindung, so dass der elektrische Antriebsmotor 14 durch die Steuereinheit 12 geregelt und/oder gesteuert werden kann. Das System kann auch auf mehrere Antriebsmotoren ausgeweitet werden, sodass neben dem Antriebsmotor 14 weitere angesteuert und zur Verzögerung verwendet werden.

Das Fahrzeug 10 umfasst ferner mechanische Bremsen 16, 17, hier beispielsweise in Form einer hydraulischen Betriebsbremse 16 und einer mechanischen Feststellbremse 17. Im gezeigten Beispiel verfügen beide über von dem Steuergerät 12 ansteuerbare Aktoren, so dass sie ohne Eingriff des Fahrers aktivierbar sind und beispielsweise eine sog. Hill-Hold- oder Auto-Hold-Funktion bereitstellen können.

Möchte beispielsweise ein Fahrer das Fahrzeug zum Stillstand bringen, betätigt er dazu üblicherweise ein Bremspedal. Alternativ kann ein Bremsvorgang auch von einem Assistenzsystem veranlasst werden. Im Rahmen einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bremsvorgang initial nur unter Einsatz des An- triebsmotors 14 durchgeführt wird, d.h. unter Einsatz einer elektrischen Motorbremse, wie es beispielhaft im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben wird.

In den Figuren 2 bis 4 sind beispielhafte Anhaltevorgänge in Form jeweils eines Graphen dargestellt, in dem Fahrzeuggeschwindigkeit v, Aktivierungszustand 201 , 301 , 401 der elektrischen Motorbremse und Aktivierungszustand 202, 302, 402 der mechanischen Bremse gegen die Zeit t aufgetragen sind. Ist die elektrische Motorbremse aktiv, bedeutet dies, dass ein Bremsmoment durch den elektrischen Antriebsmotor 14 erzeugt wird. Ist die mechanische Bremse aktiv, bedeutet dies, dass ein Bremsmoment durch die mechanische Bremse erzeugt wird. Beides wird durch eine entsprechende Ansteuerung durch die Recheneinheit 12 veranlasst, d.h. der elektrische Antriebsmotor und ein Aktor zum Betätigen der mechanischen Bremse 16, 17 werden von der Recheneinheit 12 so angesteuert werden, dass sich die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Verläufe ergeben.

Es ist erkennbar, dass in einer Verzögerungsphase bis zum Zeitpunkt to gebremst wird, und anschließend die Geschwindigkeit null ist, d.h. das Fahrzeug steht.

Weiterhin ist erkennbar, dass jeweils in einer ersten Bremsphase bis zum Zeitpunkt h die elektrische Motorbremse aktiv ist, und dass jeweils in einer zweiten Bremsphase ab dem Zeitpunkt t2 die mechanische Bremse aktiv ist, und dass die gegenseitige Lage der Zeitpunkt ti und t2 in den Figuren 2 bis 4 variiert.

In allen Figuren ist gezeigt, dass die zweite Bremsphase bereits beginnt (t ₂ ), bevor die erste Bremsphase endet (ti). Dadurch kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt ein Bremsmoment wirkt und somit das Fahrzeug einerseits sicher verzögert und andererseits auch sicher festgehalten werden kann.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die zweite Bremsphase bereits beginnt, bevor der Stillstand (bei to) erreicht ist. Diese Variante kann für den Fall gewählt werden, dass eine Fehlfunktion des elektrischen Antriebsmotors 12 erkannt wird oder erkannt wird, dass das erforderliche Bremsmoment vom elektrischen Antriebsmotor nicht bereitgestellt werden kann (z.B. weil in beiden Fällen die Verzögerung nicht wie erwartet ist). Auch kann diese Variante zum Verblenden der Bremsmomente unabhängig von Fehlfunktion des Antriebsmotors verwendet werden.

Diese Variante kann alternativ oder zusätzlich geschwindigkeitsabhängig gewählt werden, d.h. die zweite Bremsphase beginnt bei Erreichen bzw. Unterschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle, z.B. 1-2 km/h. Dadurch kann das Annähern an den Stillstand, d.h. der Bereich kleiner Geschwindigkeiten, besser kontrolliert werden.

In Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die zweite Bremsphase sofort beginnt, wenn der Stillstand (bei to) erreicht ist. Damit kann das Festhalten des Fahrzeugs bereits von Beginn an mit der mechanischen Bremse erfolgen, was Verschleiß und Belastung der elektrischen Motorbremse reduziert. Diese Variante kann gewählt werden, wenn kein elektrisches Festhalten des Fahrzeugs gewünscht ist, z.B. bei zu hoher thermischer Belastung des Antriebsmotors.

In den Figuren 2 und 3 sind Varianten dargestellt, bei denen im Stillstand das Fahrzeug 10 durch die mechanische Bremse gehalten wird, so dass der elektrische Antriebsmotor dort insbesondere kein (wesentliches) Drehmoment abstützen muss und somit auch nicht bzw. kaum belastet wird. In Figur 4 hingegen ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die zweite Bremsphase erst beginnt, nachdem der Stillstand bereits eine Zeit 403 andauert. Diese Variante wird gewählt, wenn der elektrische Antriebsmotor zunächst das Fahrzeug auch im Stillstand halten soll, bevor die mechanische Bremse dies übernimmt. Dies ist zweckmäßig, um größtmöglichen Komfort im Anhaltevorgang zu erreichen, da im, Vergleich zu Reibbremsen, beim Übergang von Verzögerung zu Stillstand kein Wechsel von Gleitreibung zu Haftreibung entsteht. Das elektrische Anhalten reduziert somit die Änderung der Beschleunigung, den Ruck, bis zum Stillstand. Die Dauer 403 des elektrischen Halts kann von der Begrenzung des Komponentenschutzes abhängen, d.h. sie wird insbesondere beendet, bevor thermische Überlastung usw. auftritt. Ebenfalls kann die Abwesenheit des Fahrers ein Beenden des elektrischen Haltens bewirken, da eine dauerhafte Stillstandssicherung mit dem Antriebsmotor nicht möglich ist und bei Abwesenheit des Fahrers dies nur mit einer mechanischen Bremse gewährleistet werden kann. Sollte ein Fehler im Antriebsmotor auftreten, welcher das elektrische Halten beeinträchtigt oder unmöglich macht, kann die mechanische Bremse als Rückfallsystem genutzt und somit der Stillstand gesichert werden. Ein Fehlverhalten des Antriebsmotors und der primär angesteuerten mechanischen Bremse kann nur durch den Eingriff einer zusätzlichen Bremseinrichtung wie der Parkbremse abgefangen werden oder der Fahrer muss aktiv den Stillstand durch sein Eingriffen sichern.

Liegt zwischenzeitlich im Stillstand schon wieder eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer vor, bevor die zweite Bremsphase begonnen wird, wird diese zweckmäßigerweise nicht mehr begonnen, sondern die Anforderung des Fahrers wird berücksichtigt.