Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebssystems eines Fahrzeugs sowie ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Motorrad.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann der elektrische Antriebsmotor zur Verzögerung des Fahrzeugs als Generator betrieben werden, wobei ein Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs als elektrische Energie zurückgewonnen und in den Antriebsenergiespeicher eingespeist wird. Dieser Vorgang wird als Rekuperation bezeichnet.

Wenn das Antriebssystem, insbesondere der elektrische Antriebsmotor und der Antriebsenergiespeicher, leistungsstark genug ausgelegt sind, ist es möglich, in vielen Situationen das Fahrzeug ausschließlich über eine Verzögerungswirkung an der angetriebenen Achse durch den elektrischen Antriebsmotor abzubremsen.

Jedoch begrenzt die aktuelle Ladeleistung, die unter anderem von der freien Ladekapazität des Antriebsenergiespeichers abhängt, die Bremsleistung, denn diese gibt vor, wie groß die während des Rekuperationsvorgangs erzeugte elektrische Leistung, die dem Antriebsenergiespeicher zugeführt wird, maximal sein darf. Die vom Antriebsmotor erzeugte elektrische Leistung wiederum ist proportional zum aufbringbaren Bremsmoment.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Bremsverfahren für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, das auf einem Rekuperationsvorgang beruht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebssystems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs während eines Rekuperationsvorgangs gelöst, wobei das elektrische Antriebssystem einen Antriebsenergiespeicher, wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor und ein Elektroniksystem umfasst und wobei der elektrische Antriebsmotor als Generator betrieben wird. Es wird eine aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers und eine aktuelle Rekuperationsleistung des Antriebsmotors bestimmt. Das elektrische Antriebssystem wird so angesteuert, dass die aktuelle Rekuperationsleistung die aktuelle maximale Ladeleistung nicht überschreitet, wobei der Wirkungsgrad des Antriebsmotors reduziert wird, indem im Antriebsmotor eine Verlustleistung erzeugt wird.

Anstatt die gesamte vom Antriebsmotor erzeugte elektrische Leistung dem Antriebsenergiespeicher zuzuführen, wird bei nicht ausreichender Ladeleistung der elektrische Antriebsmotor so betrieben, dass möglichst viel mechanische Bremsleistung im Antriebsmotor in elektrische Verlustleistung gewandelt wird. Auf diese Weise wird sowohl die Bremswirkung des Antriebsmotors beibehalten als auch der Begrenzung der Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers Rechnung getragen.

Grundsätzlich erfolgt die Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors so, dass dieser das gewünschte Bremsmoment erzeugt, und möglichst viel mechanische Bremsleistung in elektrische Ladeleistung umwandelt, also möglichst effizient betrieben wird, und dabei möglichst wenig Verlustleistung im Antriebsmotor als Wärme verloren geht.

Für den Fall, dass die elektrische Ladeleistung begrenzt ist und weiterhin das gewünschte Bremsmoment erzeugt werden soll, wird die Ansteuerung des Antriebsmotors derart verändert, dass dieser nicht möglich effizient die Leistung wandelt, sondern die Effizienz soweit reduziert wird, bis nur die aktuell maximal zulässige elektrische Ladeleistung rekuperiert wird und im Gegenzug der überschüssige Anteil der mechanischen Bremsleistung als elektrische Verlustleistung im Antriebsmotor in Wärme gewandelt wirdDie Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors sowie des gesamten elektrischen Antriebssystems und des Elektroniksystems erfolgt vorzugsweise durch eine mit dem elektrischen Antriebssystem verbundene Steuereinheit, die auch die Stromflüsse im Antriebmotor steuert.

Die Verlustleistung sollte so eingestellt werden, dass eine aktuell geforderte Verlustleistung erzeugt wird, die sich aus einer Differenz einer aktuellen maximalen Rekuperationsleistung und der aktuellen maximalen Ladeleistung ergibt. Die aktuell geforderte Verlustleistung wird selbstverständlich auf Null eingestellt, wenn die aktuelle maximale Rekuperationsleistung kleiner oder gleich der aktuellen maximalen Ladeleistung ist, da ein Aufladen des Antriebsenergiespeichers im Betrieb des Fahrzeugs stets Vorrang hat.

Optional wird zusätzlich der Wirkungsgrad des Elektroniksystems reduziert und so eine zusätzliche Verlustleistung erzeugt, die in die Erzeugung der aktuell geforderten Verlustleistung eingeht.

Die erzeugte Verlustwärme wird vorzugsweise in einem Kühlsystem des Fahrzeugs abgebaut.

Insbesondere kann das oben beschriebene Verfahren zum Abbremsen eines elektrisch angetriebenen Motorrads eingesetzt werden, es ist aber auch für beliebige andere elektrisch angetriebene Fahrzeuge geeignet.

Bei elektrisch angetriebenen Motorrädern ist es denkbar, zumindest ein angetriebenes Rad des Motorrads stets ausschließlich ohne Verwendung einer Reibungsbremse, also nur durch die Bremswirkung des elektrischen Antriebsmotors im Rekuperationsbetrieb abzubremsen. Dies erlaubt es gegebenenfalls, beispielsweise das Hinterrad des Motorrads komplett ohne Reibungsbremse zu konstruieren, wobei normalerweise das Hinterrad das einzige angetriebene Rad des Motorrads ist.

Generell wird die oben genannte Aufgabe auch mit einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem gelöst, wobei das Fahrzeug einen Antriebsenergiespeicher, wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor, der als Generator betrieben werden kann, ein Elektroniksystem und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie ein oben beschriebenes Verfahren durchführen kann.

Für den Fall, dass die aktuell geforderte Verlustleistung nicht ausreicht, um die Bewegungsenergie des Fahrzeugs bei der aktuellen maximalen Ladeleistung so weit abzubauen, um dem aktuellen Bremswunsch des Fahrers zu entsprechen, ist vorzugsweise eine zusätzliche Bremsvorrichtung vorhanden, die ein zusätzliches Bremsmoment aufbringt, das sich aus einer Differenz eines aktuell geforderten Bremsmoments und einem aus der aktuellen maximalen Ladeleistung und einer aktuellen maximal aufbringbaren Verlustleistung resultierenden Bremsmoments ergibt.

Als zusätzliche Bremsvorrichtung kann beispielsweise eine Reibungsbremse verwendet werden.

Die zusätzliche Bremsvorrichtung ist generell unabhängig vom elektrischen Antriebsmotor und kann unabhängig von diesem eingesetzt werden.

Insbesondere kann als zusätzliche Bremsvorrichtung eine hydraulische Bremse einer ABS-Vorrichtung, meist am Vorderrad des Motorrads, eingesetzt werden.

Die zusätzliche Bremsvorrichtung ist bevorzugt am nicht angetriebenen Rad des Motorrads angeordnet.

Unter dem Begriff „Motorrad“ wird im Rahmen dieser Anmeldung sowohl ein klassisches, zweirädriges, einspuriges Kraftrad, das auch ein Motorroller sein kann, als z.B. auch ein dreirädriges Einspurfahrzeug verstanden.

Die Steuereinheit ist im Allgemeinen mit diversen Sensoren verbunden, die beispielsweise das Erfassen des aktuell angeforderten Bremsmoments, der aktuellen maximalen Ladeleistung und des aktuellen Ladezustands des Antriebsenergiespeichers ermöglichen. Auch Temperatursensoren an den einzelnen Komponenten oder in einem Kühlsystem können mit der Steuereinheit verbunden sein, um Daten zu liefern, die in die Bestimmung der einzelnen Parameter eingehen. Es ist auch möglich, außerdem die Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenenfalls eine Fahrbahnneigung zu erfassen, die einen Einfluss auf die maximal insgesamt abzubauende kinetische Energie und damit den maximalen insgesamt vom elektrischen Antriebsmotor erzeugten Strom haben.

Die Steuereinheit kann beispielsweise eine Motorsteuerung und eine ABS- Steuerung umfassen.

Vorrang hat gemäß der Erfindung stets das Laden des Antriebsenergiespeichers. Solange die aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers ausreicht, um den vom elektrischen Antriebsmotor bei maximalem Wirkungsgrad erzeugten Rekuperationsstrom aufzunehmen, ist es nicht notwendig, den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors oder anderer Komponenten zu reduzieren oder auf sonstige Art weitere Verlustleistung zu erzeugen. Genauso wird auch auf den Einsatz der zusätzlichen Bremsvorrichtung verzichtet. Eine möglichst effektive Rekuperation bei Bremsvorgängen ist daher stets sichergestellt. In einem derartigen Fall sind die aktuell geforderte Verlustleistung und das aktuelle zusätzliche Bremsmoment gleich Null.

Sämtliche Parameter werden jeweils zu einem aktuellen Zeitpunkt betrachtet, wobei beispielsweise die Abfrage des aktuellen Bremswunsches in regelmäßigen, vorgegebenen, kurzen Zeitabständen erfolgt. Dementsprechend werden auch die restlichen Daten und Parameter vorzugsweise in diesen Zeitabständen erfasst, bestimmt und/oder berechnet.

Der vom elektrischen Antriebsmotor erzeugte Strom wird hier näherungsweise als proportional zum Bremsmoment des elektrischen Antriebsmotors betrachtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebssystems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs während eines Rekuperationsvorgangs durchgeführt werden kann; und

Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Figur 1 sind schematisch Systemkomponenten eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, hier eines Motorrads, gezeigt, die unter anderem zu einem Antriebssystem und einem Elektroniksystem gehören.

Die Antriebsenergie stammt vollständig aus einem Antriebsenergiespeicher 10, auch als Traktionsbatterie bezeichnet, der über einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren 12 ein angetriebenes Rad 14 bewegt. In diesem Beispiel ist das angetriebene Rad 14 das Hinterrad des Motorrads. Das Rad 16, hier das Vorderrad, ist in diesem Beispiel hingegen nicht angetrieben und hat daher keinen eigenen elektrischen Antriebsmotor. Soll das Motorrad abgebremst werden, betätigt der Fahrer einen oder beide Bremshebel 18, die jeweils dem Vorderrad 16 und dem Hinterrad 14 zugeordnet sind.

Bei jedem Bremsvorgang wird die Hauptbremsleistung vom elektrischen Antriebsmotor 12 erbracht, der in diesem Fall als Generator eingesetzt wird und aufgrund der Stromerzeugung einen mechanischen Widerstand bietet, der das angetriebene Rad 14 und damit das Fahrzeug abbremst.

Der Antriebsenergiespeicher 10 ist hier so leistungsstark ausgelegt, dass seine Kapazität und seine Ladeleistungsdichte, also die Ladeleistung pro Fahrzeugmasse, so groß ausgelegt sind, dass bei ausreichender freier Ladekapazität prinzipiell der durch Abbremsen durch den elektrischen Antriebsmotor 12 erzeugte Strom im Antriebsenergiespeicher 10 aufgenommen werden kann.

Am angetriebenen Rad 14 ist daher in diesem Beispiel keine Reibungsbremse angeordnet.

Die Bremshebel 18 sind elektronisch mit einer Steuereinheit 20 verbunden, eine direkte mechanische Verbindung zu einer Bremsvorrichtung besteht hier nicht. Um den Bremswunsch zu erfassen, ist an jedem Bremshebel 18 ein mit der Steuereinheit 20 verbundener Sensor 22 angeordnet.

In kurzen, vorgegebenen Zeitintervallen At wird abgefragt, ob ein Bremswunsch mit einem von Null verschiedenen aktuell angeforderten Bremsmoment vorliegt.

In diesem Beispiel werden die Daten zur Betätigung des rechten und des linken Bremshebels 18 beide in der Steuereinheit 20 zu einem einzigen aktuell angeforderten Bremsmoment verrechnet, das ohne Unterscheidung der Herkunft im nachfolgenden Bremsvorgang aufgebracht wird.

Am nicht angetriebenen Rad 16 ist hier eine zusätzliche Bremsvorrichtung 24 angeordnet, die in diesem Beispiel aus einer hydraulischen Bremse einer ABS- Vorrichtung besteht.

Der Antriebsenergiespeicher 10 steht über eine Leistungselektronik 26 in Verbindung mit dem elektrischen Antriebsmotor 12, wobei in der Regel ein Stromfluss zwischen dem Antriebsenergiespeicher 10 und dem elektrischen Antriebsmotor 12 durch die Leistungselektronik 26 erfolgt.

Der Antriebsmotor 12 und/oder der Antriebsenergiespeicher 10 sind mit einem Kühlsystem 28 (beispielsweise einer Luftkühlung) des Fahrzeugs verbunden.

Wird ein Bremswunsch eines Fahrers erfasst, indem die Sensoren 22 an den Bremshebel 18 ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 20 melden, so wird von der Steuereinheit 20 ein aktuell angefordertes Bremsmoment bestimmt.

Außerdem werden von der Steuereinheit 20 gegebenenfalls weitere Daten von weiteren (nicht dargestellten) Sensoren z.B. zur Fahrzeuggeschwindigkeit, Systemtemperatur oder einer Fahrbahnneigung erfasst.

Die Steuereinheit 20 bestimmt außerdem eine aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 und eine aktuelle Rekuperationsleistung. Die aktuelle Rekuperationsleistung ist proportional zum Produkt aus Bremsmoment, Wirkungsgrad und Drehzahl des Elektromotors, die wiederum zu einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit proportional ist.

Weiterhin bestimmt die Steuereinheit 20 eine im elektrischen Antriebsmotor 12 erzeugbare Verlustleistung, um die die aktuelle maximale Rekuperationsleistung des elektrischen Antriebsmotors 12 (bei maximalem Wirkungsgrad des Antriebsmotors 12) für das aktuell angeforderte Bremsmoment höchstens reduziert werden kann.

Im Antriebsmotor 12 wird eine Verlustleistung durch eine Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 12 mit einem schlechteren als dem optimalen Wirkungsgrad erzeugt, wodurch ein höherer Anteil der mechanischen Bremsleistung im elektrischen Antriebsmotors 12 selbst in Wärme umgesetzt wird.

Dies ist auch in Figur 2 verdeutlicht. Das angetriebene Rad 14 liefert kinetische Energie, mit der der elektrische Antriebsmotor 12 bewegt wird und die dem Antriebsmotor 12 eine mechanische Leistung PM zur Verfügung stellt. Der Antriebsmotor 12 generiert in Folge dessen eine elektrische Leistung PEL, die von der mit dem Antriebsmotor 12 verbundenen Leistungselektronik 26 aufgenommen wird und von dieser als Ladeleistung PBAT in den Antriebsenergiespeicher 10 eingespeist wird. Ist eine maximale Ausnutzung der Rekuperationsleistung möglich wird dem Antriebsenergiespeicher 10 bei möglichst geringer Verlustleistung PL,M, PL,I eine möglichst hohe Ladeleistung PBAT zugeführt. Es wird also der größtmögliche Anteil des Bremsmoments in elektrische Leistung ungesetzt. Dies ist in Figur 2 mit den schwarzen Pfeilen angedeutet.

Liegt jedoch die aktuelle maximale Rekuperationsleistung über der aktuellen maximalen Ladeleistung, sodass sich eine von Null verschiedene aktuell geforderte Verlustleistung ergibt, so erhöht die Steuereinheit 20 die Verlustleistung PL,M, die im Antriebsmotor 12 selbst anfällt, und gegebenenfalls auch die Verlustleistung PL,I in der Leistungselektronik 26, wodurch sich die Ladeleistung PBAT reduziert. Dabei wird die Leistungselektronik 26 so angesteuert, dass die fließenden elektrischen Ströme so von der Leistungselektronik 26 in den Antriebsmotor 12 eingeprägt werden, dass der Antriebsmotor 12 das gewünschte Bremsmoment aufbringt, aber dennoch die aktuelle Ladeleistung PBAT auf das erforderliche Limit begrenzt wird. Dabei entsteht eine höhere Verlustleistung PL,M im Antriebsmotor 12. Dies ist mit den gestrichelten Pfeilen angedeutet.

Die veränderte Ansteuerung führt zu einer Änderung des magnetischen Flusses im Antriebsmotor 12 mit einer verschlechterten elektromechanischen Umwandlungseffizienz. Bei gleicher Bremsleistung entsteht dann mehr Verlustleistung im Antriebsmotor 12 und die generierte elektrische Leistung sinkt.

Zusätzlich kann die Leistungselektronik 26 mit einem schlechteren Wirkungsgrad angesteuert werden, sodass auch hier ein erhöhter elektrischer Widerstand auftritt, der ebenfalls zu Verlustwärme führt. Diese Verlustwärme wird hier Großteils über das Kühlsystem 28 abgeleitet (auch angedeutet durch die Pfeile in Figur 1).

Außerdem bestimmt die Steuereinheit 20 hier ein aktuelles zusätzliches Bremsmoment, das von der zusätzliche Bremsvorrichtung 24 aufzubringen ist. Dieses aktuelle zusätzliche Bremsmoment ergibt sich aus einer Differenz des aktuell geforderten Bremsmoments und einem aus der aktuellen maximalen Ladeleistung und der aktuellen maximal aufbringen Verlustleistung resultierenden Bremsmoments. Kann das aktuell angeforderte Bremsmoment ausschließlich unter Verwendung des elektrischen Antriebsmotors 12 in einem Generatorbetrieb bei optimalem Wirkungsgrad aufgebracht werden, ohne die aktuelle maximale Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 zu überschreiten, so wird der Bremsvorgang ausschließlich auf diese Art durchgeführt.

Die aktuell angeforderte Verlustleistung sowie das aktuelle zusätzliche Bremsmoment sind in diesem Fall beide gleich Null. Folglich wird weder der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors 12 reduziert noch ein Bremsmoment mit der zusätzlichen Bremsvorrichtung 24 aufgebracht, sondern die maximal mögliche Energie wird durch den Bremsvorgang rekuperiert.

Stellt die Steuereinheit 20 hingegen fest, dass das aktuell angeforderte Bremsmoment mit der aktuellen maximalen Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 nicht aufgebracht werden kann, so bestimmt es eine aktuell geforderte Verlustleistung, die sich aus der Differenz der aktuellen maximalen Ladeleistung und einer maximalen Rekuperationsleistung des elektrischen Antriebsmotors 12 für das aktuell angeforderte Bremsmoment ergibt.

Die Steuereinheit 20 erhöht die insgesamte Verlustleistung im System, indem sie wie oben beschrieben den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsmotors 12 im Generatorbetrieb sowie gegebenenfalls der Leistungselektronik 26 reduziert und so mehr mechanische Bremsleistung in Wärme umgewandelt wird.

Die Steuereinheit 20 wählt hier geeignete Maßnahmen in geeigneter Stärke aus, um die aktuell geforderte Verlustleistung einzustellen.

Stellt die Steuereinheit 20 fest, dass die aktuell geforderte Verlustleistung nicht komplett durch das Antriebssystem aufgebracht werden kann, so wird zum Abbau des restlichen Bremsmoments die zusätzliche Bremsvorrichtung 24 betätigt, bis der Bremswunsch erfüllt ist.

Die Erfassung der Parameter sowie die Berechnung und Bestimmung der einzelnen Größen in der Steuereinheit 20 erfolgt hier stets zu einem aktuellen Zeitpunkt t _a , jeweils beginnend nach Ablauf des Intervalls At, zu dem erneut die Größe des aktuell angeforderten Bremsmoments abgefragt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, bei einem Rekuperationsvorgang eine ausreichende Bremswirkung an einem angetriebenen Rad 14 des Fahrzeugs zu erzielen, indem in dem Fall, dass eine aktuelle Ladeleistung des Antriebsenergiespeichers 10 nicht ausreicht, um die mit optimalem Wirkungsgrad durch den Antriebsmotor 12 erzeugte elektrische Leistung aufzunehmen, der Wirkungsgrad des Antriebsmotors 12 reduziert und ein höherer Anteil der mechanischen Bremsleistung noch im Antriebsmotor 12 in Verlustwärme umgesetzt wird.