Beschreibung

Titel

Verfahren zum Regeln eines Schleppmomentes eines elektromotorisch angetriebenen

Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung des auf der Fahrbahnoberfläche vorliegenden

Reibwertes und Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Schleppmomentes eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei eine Regelvorrichtung bei entsprechender Veränderung der Stellung eines Fahrpedals das Schleppmoment beeinflusst.

Die am häufigsten genutzte Kraftfahrzeugart verwendet derzeit Verbrennungsmotoren. An das verzögernde Verhalten des Fahrzeuges beim „vom Gas gehen" hat sich der durchschnittliche Fahrzeugführer solcher Kraftfahrzeuge im Laufe der letzten Jahrzehnte gewöhnt. Aufgrund der veränderten Umweltbedingungen ist es derzeit immer häufiger zum Einsatz von elektromotorischen Fahrzeugen gekommen.

Sowohl elektromotorisch als auch verbrennungsmotorisch angetriebene Kraftfahrzeuge weisen ein Fahrpedal auf, auf das ein Fahrzeugführer mit dem Fuß einwirkt, um die Geschwindigkeit zu bestimmen.

Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsmotor erzeugen jedoch kein nennenswertes Motorschleppmoment. Um das bisher gewohnte Motorschleppmomentverhalten nun auch bei elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen nachzubilden, ist man dazu übergegangen, das Schleppmoment entsprechend zu regeln.

Außer einem konventionellen Bremseingriff besteht dazuauch die Möglichkeit des Eingriffes über den auch als E-Maschine bezeichneten Elektromotor selbst einzugreifen.

Diesbezüglich bekannte Systeme rufen regeneratives und/oder rekuperatives Bremsen unter Nutzung der Generatoreigenschaften eines fremdangetriebenen elektrischen Antriebsmotors aus, so dass elektrische Energie, z. B. einem Akkumulator, zuführbar ist.

Ein solches Systems ist aus der DE 10 2004 023 619 A1 bekannt. Alternativ zur Nutzung des Elektromotors in einem Generatorbetrieb ist es auch möglich, zusätzliche elektrische Verbraucher zuzuschalten, oder einen ohmschen Widerstand zuzuschalten.

Bei bestehenden Regelungen zum Nachstellen eines Schleppmomentes tritt jedoch der Nachteil auf, dass bei glatter Fahrbahnoberfläche, etwa bedingt durch Glatteis oder Schnee während des Auftretens des künstlichen Schleppmomentes die Räder des Kraftfahrzeuges in Schlupf gelangen. Ein solcher Schlupf ist jedoch nicht erwünscht, da er einer exakten Kontrolle des Kraftfahrzeuges zuwider läuft.

Offenbarung der Erfindung

Angesichts des skizzierten Standes der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gattungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Sensorvorrichtung einen Reibwert einer Fahrbahnoberfläche, auf der das Kraftfahrzeug sich befindet, sensiert und einer Rechenvorrichtung zur Verfügung stellt, wobei die Rechenvorrichtung die Regelvorrichtung veranlasst, das Schleppmoment in Abhängigkeit vom Reibmoment anzupassen.

Vorteile der Erfindung

Das Fahrverhalten wird durch diese präventive Maßnahme wesentlich stabiler, weil kein Bremsschlupf mehr sensiert und nachfolgend ausgeglichen werden muss. Die sonst notwendigen Gegenmaßnahmen können unterbleiben. Durch das den Fahrbahnverhältnissen angepasste Nachbilden des Schleppmomentverhaltens wird die Blockierneigung an den Rädern, insbesondere an den Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges reduziert, was zu einem sichereren fahrdynamischen Verhalten des Kraftfahrzeuges führt. Das übliche aktive Gasgeben, um ein Durchrutschen der Räder bei gewünschter Geschwindigkeits- verlangsamung des Fahrzeuges zu verhindern, kann unterbleiben. Die Bedienbarkeit des Kraftfahrzeuges wird erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen werden nachfolgend näher beschrieben und in den Unteransprüchen beansprucht.

Es ist von Vorteil, wenn die Sensorvorrichtung ein Teil einer ESP-Vorrichtung ist. Unter einer ESP-Vorrichtung wird die Gesamtheit aller Einrichtungen verstanden, die im Rahmen von Electronic Stability Programs (ESP) Verwendung finden. Die Sensorvorrichtung ermittelt fahrdynamische Mess- und Regelgrößen, die Rückschlüsse auf die Fahrbahnbeschaffenheit zulassen. Dabei können vorteilhafterweise auch sonstige von ESP- Vorrichtungen zur Verfügung gestellte und genutzte Parameter verwendet werden, wie z. B. Umgebungstemperatur, Radsignale, Fahrzeugverzögerung beim Bremsen, Radbremsdrücke, Fahrzeugbeschleunigung, Dauer und Anzahl der ESP-Eingriffe, Lenkwinkel, Gier-Geschwindigkeit um die Fahrzeughochachse, Fahrzeugquerbeschleunigung und evtl. auch Daten eines Navigationssystems. In einer Rechenvorrichtung werden diese Parameter in eine Information umgerechnet, die den Reibwert der Fahrbahnoberfläche charakterisiert.

Besonders gut nachfühlbar lässt sich das Schleppmoment dann realisieren, wenn die Regelvorrichtung das Zuschalten eines Generators oder Umschalten eines Elektromotors in den Generatorbetrieb hervorruft.

Wenn die Regelvorrichtung einen Bremseingriff hervorruft, so ist für den Fahrzeugführer das verzögernde Element, was bei verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen durch das Schleppmoment erreicht wird, besonders gut fühlbar und besonders einfach regelbar nachgebildet.

Um einen sanften Verlauf des Schleppmomentes und eine eventuelle Reduzierung des Schleppmomentes bei zu niedrigem Reibwert zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn das Schleppmoment langsam reduziert wird, sobald der sensierte Reibwert über einem Grenzwert liegt.

Wenn der Grenzwert fest voreingestellt ist oder an das Fahrverhalten eines Fahrzeugführers angepasst ist, so ist entweder für jedes Fahrzeug dasselbe Verhalten reproduzierbar oder aber das Regelverhalten an das fahrdynamische Verhalten eines speziellen Fahrzeugführers anpassbar.

Wenn das Kraftfahrzeug, nachdem es über einen Fahrbahnabschnitt mit niedrigem Reibwert gefahren ist, wieder auf einen Fahrbahnabschnitt mit hohem Reibwert trifft, ist es von Vorteil, wenn das Schleppmoment wieder erhöht wird, sobald nach überschreiten des Grenzwertes durch den Reibwert dieser Grenzwert wieder unterschritten wird. Um auf einem nach einem glatten fahrbaren Fahrbahnabschnitt befahrenen griffigen Fahrbahnabschnitt wieder auf das gewohnte verzögernde Moment, nämlich das Schleppmoment, zurückgreifen zu können, ist diese Ausführungsform von besonderem Vorteil.

Besonders vorteilhaft ist es in einem solchen Fall, wenn das Moment langsam wieder erhöht wird. Ruckartige Veränderungen, Momentensprünge oder dergleichen werden dadurch vermieden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die Mittel aufweist, die geeignet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Solch eine Vorrichtung bietet den Vorteil, dass sie auch in bereits gefertigten Kraftfahrzeugen nachträglich eingebaut und eingesetzt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem elektromotorischen Antrieb,

Figur 2 das Ablaufdiagramm in schematischer Form gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 3 den Verlauf des Schleppmomentes in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals, des Bremspedals und dem Reibwert auf der Fahrbahnoberfläche.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug 1. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Brennstoffzellenfahrzeug dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Elektromaschine auf, die als Elektromotor 2 fungiert. Der Elektromotor 2 ist in einen Generatorbetrieb umschaltbar. Der Elektromotor 2 produziert im Generatorbetrieb, wie ein Generator, Strom.

Eine Brennstoffzelle 3 entnimmt einem Wasserstofftank 4 Brennstoff und wandelt diesen in Energie. Die Energie wird einem Pulswechselrichter 5 und einem Stromwandler 6 zugeführt. Der Stromwandler 6 ist dabei als DC/DC-Konverter ausgestaltet. Der Stromwandler 6 regelt das Lade-/ und Entladeverhalten eines Akkumulators 7.

Die von der Brennstoffzelle 3 gelieferte Energie wird über den Pulswechselrichter 5 dem Elektromotor 2 zugeführt, der dann unter Zwischenschaltung einer Kupplungs- und Getriebeeinheit 8 die Energie den Rädern 9 des Kraftfahrzeuges 1 zuführt. Die Räder 9 werden mit Hilfe des Elektromotors 2 gedreht, wobei die Energie durch die Kupplungsund Getriebeeinheit entsprechend bedarfsgerecht zugeführt wird.

Der Kraftverlauf ist in der Fig. 1 durch Pfeile symbolisiert.

In Figur 2 ist ein schematischer Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Eine Regelvorrichtung 10 erhält von einer Rechenvorrichtung 1 1 ein Auslösesignal, so dass die Regelvorrichtung 10 Maßnahmen 12 auslöst, die zu einer Verringerung des Schleppmomentes führen. Der Rechenvorrichtung 11 werden von einer Sensorvorrichtung 13 Daten zugeführt, die den Reibwert auf der Fahrbahnoberfläche repräsentieren. Eine Fahrpedalpositionsbestimmungsvorrichtung 14 liefert zusätzlich Information und Daten bzgl. der Stellung des Fahrpedals an die Rechenvorrichtung 1 1.

Wird aus einer Position, in der das Fahrpedal den Vortrieb steuert, das Fahrpedal in eine neutrale Position bewegt, also in eine Position, in der keine zusätzliche Beschleunigung bewirkt wird im Sinne, dass „Gas zurückgenommen" wird, und wird eine glatte Fahrbahnoberfläche durch die Sensorvorrichtung 13 detektiert, so ruft die Regelvorrichtung 10 Maßnahmen hervor, die zur Verringerung des Schleppmomentes führen.

Während bei normaler Fahrbahnoberflächenbeschaffenheit, also ausreichend großem Reibwert bei „Wegnehmen des Gases" eine künstliche Verzögerung, also eine Erhöhung des Schleppmomentes hervorgerufen wird, so wird nun nur noch wenig Schleppmoment künstlich hinzugeführt, um ein Blockieren der Räder 9 zu verhindern. Die spezielle Wirkungsweise wird auch durch Studium der Figur 3 deutlich.

In Figur 3 ist mittels eines Graphen 15 der Verlauf des Reibwertes auf der Fahrbahnoberfläche dargestellt. Dabei springt der Reibwert zwischen dem Wert 0, also dem Wert, an dem ein großer Reibwert als ausreichend definiert ist und dem Wert 1 , an dem der vorliegende Reibwert als niedrig definiert ist.

Ein Graph 16 stellt die Position des Bremspedals dar, zeigt also, dass während des gesamten Zeitverlaufes t das Bremspedal unverändert bleibt.

Während das Bremspedal immer in derselben Position verbleibt, ändert sich die Position des Fahrpedals, wie durch den Graphen 17 dargestellt. Das Fahrpedal wechselt zwischen einer Position in einer gedrückten Stellung, also in der Position „1" und einer ungedrückten Position, also der Position „0".

Der Verlauf des Schleppmomentes ist mit Hilfe eines Graphen 18 dargestellt.

Der Fahrzeugführer fährt mit dem Kraftfahrzeug bis zum Moment A auf einer Fahrbahn, die einen „normalen" Fahrbahnreibwert aufweist, also einem ausreichend hoch definierten Reibwert. Zum Zeitpunkt A liefert eine ESP-Vorrichtung, die die Sensorvorrichtung 13 umfasst, Informationen bzgl. eines abgesenkten Reibwertes. Ab diesem Zeitpunkt muss bis zum Zeitpunkt F von einem niedrigen Reibwert ausgegangen werden.

Zum Zeitpunkt B geht der Fahrer vom Gas und hat in dem Fall, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren nicht eingesetzt ist, ein hohes künstliches, also gelerntes Schleppmoment im Kraftfahrzeug 1 , was dazu führt, dass die Räder in Schlupf übergehen können. Herkömmliche Regulationsmechanismen, wie eine Erhöhung der Motordrehzahl zur Verringerung des Schleppmomentes müssten eingreifen. Eine erfindungsgemäße Lösung wird zum Zeitpunkt D erreicht.

Während zum Zeitpunkt C wieder beschleunigt wurde, greift zum Zeitpunkt D nun ein erfindungsgemäßes Verfahren ein und senkt das Motorschleppmoment ab. Der Schleppmomentanteil wird reduziert, wobei zuerst ein Bremsenanteil weggelassen wird, um die Bremsen zu entlasten und ein „In Schlupf Gehen" der Räder 9 zu verhindern.

Falls der durch das Hinzuschalten der Bremsen sonst hervorgerufene Schleppmomentanteil nicht ausreichend groß zur Reduzierung des Schleppmomentes ist, wird auch der generatorische Anteil des Schleppmomentes durch Abschalten des Generators oder Nicht-Umschalten des Elektromotors in Generatorbetrieb weiter reduziert.

Zum Zeitpunkt E wird Gas gegeben und zum Zeitpunkt F erhöht sich der Reibwert wieder auf einen normalen Wert. Nun wird das Schleppmoment im Bedarfsfall, hier zum Zeitpunkt G, zu dem der Fahrzeugführer das Gas wieder wegnimmt, langsam wieder erhöht, bis der Ursprungswert erreicht ist.

Wie dem Verlauf des Graphen 15, also der Darstellung des Reibwertes, zu entnehmen ist, findet eine digitale Unterscheidung statt, ab wann ein Reibwert als unterschritten zu gelten hat. In einem solchen Fall hat der Graph das Niveau „1".