DE10341678A1

DE10341678A1 - Regelverfahren und -system zum Bremsen und zur Steuerbarkeit für ein Fahrzeug mit Nutzbremsung

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Publication number: DE10341678A1
Application number: DE10341678A
Authority: DE
Inventors: Todd Allen Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2004-03-25
Also published as: JP2004104991A; US7104617B2; US20040046448A1; JP2010273540A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Regelung der Bremsung eines Fahrzeuges sowie ein mit dem System ausgestattetes Kraftfahrzeug, insbesondere eine Strategie unter Verwendung von Steueralgorithmen mit Rückführung, um ein vorderes und ein hinteres Bremsmoment zu überwachen und dynamisch zu modifizieren, um die Steuerbarkeit in einem Fahrzeug aufrechtzuerhalten, die anfänglich Nutzbremsung favorisiert. Es können einfache PID-Regler mit Rückführung verwendet werden. Der Regler kann die Raddrehzahl, die seitliche Beschleunigung, die Größe des Gierwinkels und die Bremsenstellung überwachen, um nicht-regeneratives Bremsen unabhängig für jedes einzelne Rad und Nutzbremsung in veränderlichem Verhältnis, basierend auf zumindest einem aktuellen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges, und zumindest einem vorgegebenen Zielwert zur Steuerbarkeit und Optimierung von Energierückgewinnung gezielt zu aktivieren. Faktoren der Steuerbarkeit können das vorgegebene Verhältnis des Schlupfes in Umfangsrichtung, einen Vergleich des Reifenschlupfwinkels oder die Größe des Gierwinkels umfassen. Für Ausführungen mit Hinterradantrieb können die nicht-regenerativen Bremsen nur auf ein auf einer Kurve außen liegendes Rad der Vorderachse aufgebracht werden. Für Ausführungen mit Vorderradantrieb können die nicht-regenerativen Bremsen nur auf ein auf einer Kurve innen liegendes Rad der Hinterachse aufgebracht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Regelung der Bremsung eines Fahrzeuges sowie ein mit dem System ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Abgase in Autos und anderen Fahrzeugen, die überwiegend von Verbrennungsmotoren (ICE) angetrieben werden, zu reduzieren. Mit Fahrzeugen, die von Elektromotoren angetrieben werden, versucht man sich diesen Notwendigkeiten zu widmen. Eine andere alternative Lösung ist, in einem Fahrzeug einen kleineren Verbrennungsmotor mit Elektromotoren zu kombinieren. Solche Fahrzeuge verbinden die Vorteile eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor und eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise Hybridfahrzeuge (HEV) genannt (US-Patentschrift 5 343 970).
Das Hybridfahrzeug HEV ist in vielfältigen Ausführungen beschrieben. Viele Patente für HEV offenbaren Systeme, bei denen eine Bedienperson erforderlich ist, um zwischen elektrischem Betrieb und Betrieb mit Verbrennungsmotor zu wählen. In anderen Ausführungen treibt der Elektromotor eine und der Verbrennungsmotor eine andere Gruppe von Rädern an.
Es wurden andere, brauchbarere Ausführungen entwickelt. Zum Beispiel ist die Ausführung eines Reihen-Hybridfahrzeuges (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor (typischerweise meistens ein Verbrennungsmotor), der mit einem Elektromotor, Generator genannt, verbunden ist. Der Generator erzeugt wiederum Elektrizität für eine Batterie und einen anderen Motor, der Antriebsmotor genannt wird. Im SHEV ist der Antriebsmotor die einzige Quelle für das Drehmoment am Rad. Zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Ausführung eines Parallel-Hybridfahrzeugs (PHEV) weist einen Motor (typischerweise meistens ein Verbrennungsmotor) und einen Elektromotor auf, die in veränderlichem Grade zusammenarbeiten, um das notwendige Raddrehmoment zum Antrieb des Fahrzeuges bereitzustellen. Außerdem kann der Motor in der PHEV-Ausführung als Generator verwendet werden, um die Batterie von der durch den Verbrennungsmotor erzeugten Energie aufzuladen.
Ein Parallel-/Reihen-Hybridfahrzeug (PSHEV) besitzt die Eigenschaften sowohl der PHEV-Ausführung als auch der SHEV-Ausführung und wird manchmal als Parallel-/Reihen-Ausführung „mit Aufteilung" bezeichnet. In einer der PSHEV-Ausführungen mit mehreren Typen ist der Verbrennungsmotor mechanisch mit zwei Elektromotoren in einer Transaxle mit Planetengetriebegruppe gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnerad verbunden. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Trägerrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, ein Antriebsmotor, ist über eine zusätzliche Getriebeverzahnung in einer Transaxle mit einem (Abtriebs-) Tellerrad verbunden. Das Motordrehmoment kann den Generator zum Aufladen der Batterie antreiben. Der Generator kann außerdem zum notwendigen Raddrehmoment (Abtriebswelle) beitragen, wenn das System eine Freilaufkupplung besitzt. Der Antriebsmotor wird verwendet, um zum Raddrehmoment beizutragen und Bremsenergie zum Aufladen der Batterie zurück zu gewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator selektiv ein Reaktionsmoment bewirken, das zur Regelung der Motordrehzahl genutzt werden kann. Tatsächlich können Verbrennungsmotor, Generator und Antriebsmotor den Effekt eines stufenlosen Getriebes (CVT) bewirken. Das HEV stellt außerdem eine Möglichkeit dar, die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen besser zu regeln, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl verwendet wird.
Klar ist die erstrebenswerte Kombination eines Verbrennungsmotors (ICE) mit Elektromotoren. Es ist großes Potenzial vorhanden, um den Kraftstoffverbrauch und die Abgase eines Fahrzeuges ohne nennenswerten Verlust der Leistung und Lenkbarkeit des Fahrzeuges zu reduzieren. Das HEV erlaubt die Verwendung kleinerer Verbrennungsmotore, die Nutzbremsung, elektrische Verstärkung und selbst das Betreiben des Fahrzeuges mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor. Trotzdem müssen neue Möglichkeiten entwickelt werden, um die potenziellen Nutzen des HEV zu optimieren.
Ein solcher Bereich der Entwicklung von HEV ist die Optimierung des Brems- und Stabilitätssystems des HEV oder eines beliebigen anderen Fahrzeugtyps mittels einer Nutzbremstechnik. Nutzbremsung (regen) fängt die kinetische Energie des Fahrzeuges auf, wenn es sich verlangsamt. In herkömmlichen Fahrzeugen verbraucht sich kinetische Energie während einer Verzögerung normalerweise als Wärme in den Bremsen oder dem Motor des Fahrzeuges. Nutzbremsung wandelt die erfasste kinetische Energie durch einen Generator um in elektrische Energie in Form einer gespeicherten Ladung in der Batterie eines Fahrzeugs. Diese gespeicherte Energie wird später genutzt, um den Elektromotor zu speisen. Folglich reduziert eine Nutzbremsung auch die Kraftstoffverwendung und Erzeugung von Abgasen. In bestimmten Fahrzeugausführungen kann der Verbrennungsmotor vom übrigen Antriebsstrang getrennt werden, wodurch ermöglicht wird, dass mehr kinetische Energie in gespeicherte elektrische Energie umgewandelt wird.
Bei den meisten Fahrzeugen mit Nutzbremsung wird das Nutzbremsmoment auf die oder überwiegend die Räder von nur einer Achse aufgebracht. Wenn Nutzbremsung auf die Räder von nur einer Achse aufgebracht wird, können an den Rädern der anderen Achsen nicht-regenerative Bremsverfahren verwendet werden. Der Wunsch, Energie durch Nutzbremsung zurück zu gewinnen, kann zu unterschiedlichen Bremsmomenten führen, die auf die Räder der verschiedenen Achsen aufgebracht werden. Der Unterschied zwischen den Bremsmomenten kann ein nicht ausgeglichenes Bremsen verursachen, das die Steuerbarkeit des Fahrzeuges verschlechtern kann. Eine verschlechterte Steuerbarkeit kann entweder in Form von reduzierter Stabilität oder reduzierter Lenkbarkeit sein. Zum Beispiel kann die Fähigkeit der Vorderräder, das Fahrzeug zu lenken, vermindert sein, wenn auf die Vorderachse, wie bei Fahrzeugen mit Frontantrieb, ein zu hohes Nutzbremsmoment aufgebracht wird. Die verminderte Lenkbarkeit ist ein als Untersteuern bekannter Zustand. Wenn auf die Hinterachse ein zu hohes Nutzbremsmoment aufgebracht wird, für Fahrzeuge mit Hinterradantrieb, kann die seitliche Reibung der Hinterreifen verringert werden. Die reduzierte Stabilität ist ein als Übersteuern bekannter Zustand. Beide dieser Wirkungen, das Untersteuern auf Grund von zu hohen Intensitäten der Nutzbremsung an der Vorderachse und das Übersteuern auf Grund von zu hohen Intensitäten der Nutzbremsung an der Hinterachse können auf Flächen mit geringer Reibung, wie Eis und Schnee, größer werden. Die Anforderung an die Steuerbarkeit auf Flächen mit geringer Reibung zwingt typischerweise dazu, Intensitäten einer Nutzbremsung zu reduzieren, was zu einem entsprechenden Verlust der Energierückgewinnung führt.
Es gibt einige US-Patentschriften betreffend HEV, die auf die Steuerung von Nutzbremsfunktionen bei verschiedenen Antriebsbedingungen gerichtet sind. In US 6 033 041 wird eine Nutzbremsregelung für ein Elektrofahrzeug beschrieben, bei der sich die Nutzbremsung als Funktion der Fahrzeugneigung ändert. In der US 4 335 337 wird eine Regelung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug beschrieben. Mit dieser Erfindung wird versucht, das Reifenhaftungsverhalten zu verbessern, indem die Frequenz der Umdrehungen der Induktionsmotoren auf Basis der Schlupffrequenz des Fahrzeuges ohne Rücksicht auf Nutzbremsung eingestellt wird.
Auch gemäß der US-Patentschrift 5 476 310 wird versucht, das Bremsverhalten durch das Zusammenwirken von mechanischen Antiblockierbremsen und Nutzbremsung zu verbessern. In dieser Erfindung wird eine zu hohe Bremskraft und Schlupf mit einem Regler geregelt, indem ein vorbestimmtes Schlupfverhältnis genutzt wird. In anderen Erfindungen wird ebenfalls versucht, einen zu hohen Schlupf zu regulieren ( US 5 654 887 und 5 615 933 ). Während diese Erfindungen zu hohen Schlupf wirklich verringern, stellen sie leider kein ausreichendes Niveau an Stabilität bereit, weil sie sich hauptsächlich auf die Maximierung von geradlinigem Stoppen konzentrieren.
Die Schrift US-A 5 318 355 beschreibt einen Umschaltmodus von einer Nutzbremsung- oder Reibungsbremsbetriebsart. Leider ist diese Erfindung anfällig für eine falsche Aktivierung der Betriebsartumschaltung.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Regelung der Bremsung und Verbesserung der Steuerbarkeit eines mit Nutzbremsung ausgerüsteten Fahrzeuges bereitzustellen, mit dem die Fähigkeit, ein Bremsmoment zwischen Nutzbremsung und nicht-regenerativem Bremsen zu verteilen, während die Energierückgewinnung und Steuerbarkeit des Fahrzeuges optimiert wird.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 8. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Mit der Lösung gemäß der Erfindung kann man eine Nutzbremsung bewirken, wobei das Untersteuern und Übersteuern verringert wird, während die Energierückgewinnung selbst auf Flächen mit geringer Reibung nicht erheblich reduziert wird. Die Erfindung erfasst das Übersteuern und Untersteuern eines Fahrzeuges und gleicht dementsprechend das Nutzbremsmoment mit einem normalen, nicht-regenerativen Bremsmoment aus, wenn sich die Steuerfähigkeit verringert.
Einer wichtigen Ausführungsform entsprechend, wird Nutzbremsung auf die Räder von mindestens einer Achse, entweder auf eine Vorderachse oder eine Hinterachse, aufgebracht. Außerdem sind mechanische Reibungsbremsen oder andere, nicht-regenerative Bremsen eines an sich bekannten Typs mit den Rädern von zumindest einer Achse verbunden, wobei sich die Bremsen für Nutzbremsung und nicht-regenerative Bremsen auf unterschiedlichen Achsen befinden. Das Fahrzeug besitzt einen Regler mit der Hard- und Software eines Mikroprozessors, um ein Sensoreingangssignal der Bremsenstellung und der Raddrehzahl von jedem Rad aufzunehmen und zu bewerten und um einen Generator zu aktivieren, die nicht-regeneratives Bremsen und Nutzbremsung in optimalen Verhältnissen zwischen jedem nicht-regenerativ bremsenden Rad zur maximalen Energierückgewinnung variiert. Ferner bestimmt der Regler die Steuerbarkeit des Fahrzeuges auf der Basis von mindestens einem aktuellen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges und mindestens einem vorbestimmten Zielwert. Der Regler aktiviert einen Generator, die so arbeitet, dass Nutzbremsung verringert wird, während nicht-regeneratives Bremsen im Verhältnis zunimmt, um den aktuellen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeugs innerhalb des angestrebten Zielwertes beizubehalten.
Entsprechend einer zugeordneten Ausführungsform der Erfindung kann der Regler ein einfacher PID-Regler mit Rückführung sein.
Die Erfindung kann das Übersteuern in Fahrzeugausführungen, bei denen die Räder der Vorderachse lenkbar sind, verringern. In einer bevorzugten Ausführung bewirkt der Generator eine Nutzbremsung der Räder auf der Hinterachse, während die nicht-regenerativen Bremsen mit den Rädern auf der Vorderachse verbunden sind. Das Sensoreingangssignal enthält auch Daten, die den Lenkwinkel in Graden nach links oder rechts von der Totpunktstellung darstellen. Die Sensoren stellen außerdem Daten zur Verfügung, die auf die seitliche Beschleunigung und die Größe des Gierwinkels bezogen sind.
Bestimmungen der Steuerbarkeit des Fahrzeuges, wie das Übersteuern, kann die Messung und Rückkopplung enthalten, die das Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung, den Reifenschlupfwinkel und die Größe des Gierwinkels darstellen. Der Lenkwinkel kann aus der Lenkradstellung, der Stellung der lenkbaren Räder oder einer zeitlich gefilterten Bestimmung des Lenkwinkels bestimmt werden. Die vorliegende Erfindung kann außerdem so ausgeführt werden, um das Untersteuern bei Fahrzeugen mit Frontantrieb zu verringern. Wenn eine Nutzbremsung verringert wird, wird nicht-regeneratives Bremsen erhöht.
Für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb, bei dem nicht-regeneratives Bremsen auf die Vorderräder bewirkt wird, wenn hinten Nutzbremsung verringert wird, und sich das Fahrzeug in einer durch die Bedienperson angewiesenen Kurve befindet, wird das nicht-regenerative Bremsen für das äußere Rad der Kurve erhöht, um das Übersteuern zu verringern. Da nicht-regeneratives Bremsen nur an einem Rad erhöht wird, ist eine kleinere Verminderung der Größe der Nutzbremsung erforderlich. Eine ähnliche Strategie kann für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb genutzt werden. Wenn die Nutzbremsung auf die Vorderräder reduziert ist, um das Untersteuern zu vermindern, erhöht hier die Strategie das nicht-regenerative Bremsen am Hinterrad, das sich an der Innenseite der Kurve befindet, im Verhältnis. Diese Strategien bringen die Energierückgewinnung auf ein Maximum.
Die zuvor dargestellten Vorteile und Merkmale werden durch die folgende Beschreibung und mit Bezug auf die Zeichnung verdeutlicht.
Es zeigen:
1 die allgemeine Ausführung eines Hybridfahrzeuges (HEV);
2 eine Steuerstrategie nach der vorliegenden Erfindung zum Bremsen und zur Steuerbarkeit.
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch angetriebene Fahrzeuge wie Elektrofahrzeuge (EV), Hybridfahrzeuge (HEV) und Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen (FCEV), die eine Nutzbremsanlage aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist ein System, um das Bremsen und die Steuerbarkeit für ein Fahrzeug mit Nutzbremsung ständig zu regeln.
1 stellt nur eine mögliche Ausführung, speziell die Ausführung eines Parallel-/Reihen-Hybridfahrzeuges (Aufteilung) mit Hinterradantrieb dar. In einem einfachen HEV kuppelt eine Planetengetriebegruppe 20 ein Zwischenrad 22 mechanisch über eine Freilaufkupplung 26 mit einem Verbrennungsmotor 24. Die Planetengetriebegruppe 20 kuppelt außerdem mechanisch ein Sonnenrad 28 mit einem Generator 30 und einem (Abtriebs-)zahnkranz 32. Der Generator 30 verbindet auch mechanisch eine Generatorbremse 34 und ist elektrisch an eine Batterie 36 angeschlossen. Ein Antriebsmotor 38 ist mit dem Zahnkranz 32 der Planetengetriebegruppe 20 über eine zweite Getriebegruppe 40 mechanisch gekuppelt und mit der Batterie 36 elektrisch verbunden. Der Zahnkranz 32 der Planetengetriebegruppe 20 und der Antriebsmotor 38 sind mechanisch mit den Antriebsrädern 42 (Hinterräder) über eine Abtriebswelle 44 verbunden, die mit einer Hinterachse 66 mechanisch gekuppelt sind. Zum Zweck der Darstellung kann das Fahrzeug außerdem ein getrenntes Paar nicht angetriebener, lenkbarer Räder 64 (Vorderräder) aufweisen, die durch eine Vorderachse 68 verbunden sind. Die nicht angetriebenen, lenkbaren Räder 64 sind zu der Vorderseite des Fahrzeuges gerichtet, während die Antriebsräder 42 zu der Rückseite des Fahrzeuges gerichtet sind.
Die Planetengetriebegruppe 20 teilt die von dem Verbrennungsmotor 24 abgegebene Energie in einen Reihenweg vom Verbrennungsmotor 24 zum Generator 30 und einen parallelen Weg vom Verbrennungsmotor 24 zu den Antriebsrädern 42 auf. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 24 (oder U/min) kann geregelt werden, indem die Aufteilung auf den Reihenweg verändert wird, während die mechanische Verbindung über den parallelen Weg aufrechterhalten wird. Der Antriebsmotor 38 verbessert die Leistung des Verbrennungsmotors 24 auf die Antriebsräder 42 im parallelen Weg durch die zweite Getriebegruppe 40. Der Antriebsmotor 38 schafft außerdem die Möglichkeit, Energie, im Wesentlichen ablaufende Energie, die durch den Generator 30 erzeugt wird, direkt aus dem Reihenweg zu nutzen. Dies reduziert die Verluste, die mit der Umwandlung von Energie in chemische Energie in der Batterie 36 und umgekehrt verbunden ist und ermöglicht es, dass die gesamte Energie des Verbrennungsmotors 24 abzüglich der Umwandlungsverluste die Antriebsräder 42 erreicht.
Ein Systemregler 46 des Fahrzeugs (VSC) steuert viele Komponenten in dieser HEV-Ausführung durch Verbindung mit dem Regler jedes Bauteils. Eine Verbrennungsmotor-Steuereinheit 48 (ECU) kann mit dem Verbrennungsmotor 24 über eine drahtgebundene Schnittstelle verbunden sein. Alle Fahrzeugregler können in einer beliebigen Kombination physikalisch kombiniert werden oder können als separate Einheiten stehen. Sie werden hier als separate Einheiten beschrieben, weil sie jeweils eine deutlich ausgeprägte Funktionstüchtigkeit besitzen. Die Fahrzeugregler besitzen die Hardware und Software eines Mikroprozessors, um ein Sensoreingangssignal zu empfangen und zu bewerten und entsprechend dieses Eingangssignals zu reagieren. Der VSC 46 steht sowohl mit der ECU 48 als auch der Batteriesteuereinheit 50 (BCU) und einer Transaxle-Steuereinheit 52 (TMU) durch ein Übertragungsnetzwerk wie das Reglerbereichsnetzwerk 54 (CAN) in Verbindung. In dieser Darstellung ist die BCU 50 über eine drahtgebundene Schnittstelle mit der Batterie 36 verbunden. Die TMU 52 steuert den Generator 30 und den Antriebsmotor 38 über eine drahtgebundene Schnittstelle.
Ferner kann der VSC 46 durch das CAN 54 mit einer elektrohydraulischen Bremseinheit 56 (EHBU) in Verbindung stehen. Die EHBU 56 ist mit den nicht-regenerativen Bremsen 58 verbunden, die schließlich mit den nicht angetriebenen, lenkbaren Rädern 64 des Fahrzeuges verbunden sind. Die EHBU 56 kann die Antiblockiersysteme (ABS), Nutzbremsung, Antriebssteuerung und nicht-regeneratives Bremsen steuern. In der vorliegenden Erfindung ist eine Bremssteuerung für jedes Antriebsrad 42 und jedes nicht angetriebene, lenkbare Rad 64 unabhängig voneinander vorhanden.
Der VSC 46 kann von verschiedenen Bauteilsensoren des Fahrzeuges ein Eingangssignal empfangen. Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Eingangssignale durch einen Bremsenstellungssensor 62 (wie ein Bremspedal), Raddrehzahlsensoren 70, Positionssensoren 72 der lenkbaren Räder und Trägheitssensoren 74 erzeugt. Die Trägheitssensoren 74 können zum Beispiel die seitliche Beschleunigung und/oder die Größe des Gierwinkels messen. Das Ausgangssignal des Bremsenstellungssensors 62 kann in Abhängigkeit von der Fahrzeugausführung zu dem VSC 46 oder der EHBU 56 gesendet werden. Für die vorliegende Darstellung wird das Ausgangssignal des Bremsenstellungssensors 62 an die EHBU 56 gesendet. Die Raddrehzahlsensoren 70 sind an jedem Fahrzeugrad angeordnet. Die Positionssensoren 72 der lenkbaren Räder können die linke und die rechte Radstellung in Gradabweichungen von der Totpunktstellung erfassen. Mit anderen Worten, die Sensoren erfassen den Grad der Abweichung des Lenkwinkels durch das Fahrzeug nach rechts oder links von einer geraden Bewegungsrichtung nach vorn.
Wie es oben angegeben ist, wird bei den meisten Fahrzeugausführungen mit Nutzbremsung ein Bremsmoment auf die Räder einer Achse (oder überwiegend auf die Räder einer Achse) aufgebracht. Wenn Nutzbremsung auf die Räder von nur einer Achse aufgebracht wird, können normale, nicht-regenerative Bremsverfahren an den Rädern der anderen Achsen genutzt werden, um das gesamte Bremsmoment des Fahrzeuges auszugleichen. Um dies in der Fahrzeugausführung in 1 zu demonstrieren, könnte die EHBU 56 die Aktivierung von Nutzbremsung an den Antriebsrädern 42 der Hinterachse 66 anweisen. Die EHBU 56 könnte gleichzeitig die Anwendung der nicht-regenerativen Bremsen 58 auf die nicht angetriebenen, lenkbaren Räder 64 der Vorderachse 68 anweisen. In diesem Beispiel wird optimale regenerative Energie nicht verwirklicht, weil jedes Bremsmoment mittels normaler, nicht-regenerativer Bremsen 58 zu kinetischer Energie führt, die als Wärme vergeudet wird. Idealerweise würde eine maximale Rückgewinnung von Energie bei vollständiger Nutzbremsung auftreten.
Eine Herausforderung zur Erzielung einer maximalen Rückgewinnung von Energie durch Nutzbremsung besteht auf Grund von unausgeglichenen Bremsmomenten zwischen den Vorder- und Hinterrädern, die die Steuerbarkeit des Fahrzeuges beeinflussen können. Zum Beispiel ist in einem Fahrzeug mit Frontantrieb (FWD) die Fähigkeit zum Lenken der lenkbaren Räder verringert (Untersteuern), wenn auf die vorderen lenkbaren Räder der Vorderachse ein zu hohes Bremsmoment aufgebracht wird, d.h. auf die Räder der Hinterachse wird eine geringe, nicht-regenerative Bremskraft aufgebracht. In einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb (RWD) wird die seitliche Reibung der Antriebsräder 42 verringert (Übersteuern), wenn auf die Antriebsräder 42 der Hinterachse 66 ein zu hohes Bremsmoment aufgebracht wird, z.B. wird auf die vorderen nicht angetriebenen, lenkbaren Räder 64 eine geringe, nicht-regenerative Bremskraft aufgebracht. Diese Probleme der Steuerbarkeit können auf Flächen mit geringer Reibung, wie Eis und Schnee, ernsthafter werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, wobei eine Regelung vorgesehen ist zum Bremsen und zur Steuerbarkeit für jedes Rad, das für nicht-regeneratives Bremsen in einem Fahrzeug ausgelegt ist, das auch mit Nutzbremsung wie die in 1 veranschaulichte Ausführung ausgerüstet ist.
Im Falle eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb (nicht dargestellt) wird eine Nutzbremsung normalerweise auf die Vorderachse aufgebracht, wobei sie auch dazu neigen wird, das Ansprechvermögen der Lenkung zu verringern. Wenn das Ansprechvermögen der Lenkung unter die gewünschte Höhe wie es durch eine beliebige Kombination der gemessenen Angaben wie Reifenschlupfwinkel, Größe des Gierwinkels und Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung bestimmt ist, abfällt, wird das Nutzbremsmoment entsprechend der Erfindung verringert und durch das nicht-regenerative Bremsmoment an den Hinterrädern basierend auf der Funktion eines Reglers mit geschlossenem Regelkreis ersetzt. Diese Übertragung des Bremsmomentes wird die fehlerhafte Abstimmung der vorderen vorgespannten Bremse verringern und folglich das Ansprechvermögen der Lenkung verbessern. Die Größe des Bremsmomentes, das auf die Hinterachse übertragen werden muss, kann auf ein Minimum eingestellt werden, indem das gesamte übertragene, nicht-regenerative Moment auf das Hinterrad übertragen wird, das sich zur Innenseite einer bogenförmigen Strecke bewegt, der das Fahrzeug folgen soll. Das Aufbringen eines Bremsmomentes nur auf das innen liegende Hinterrad erzeugt ein Moment, das dazu neigt, das Fahrzeug in die Richtung der Kurve zu drehen, womit das Untersteuern verringert wird.
Im Falle eines Fahrzeuges mit Hinterradantrieb wird an der Hinterachse 66 Nutzbremsung angewandt, die zur Reduzierung der Fahrzeugstabilität neigen wird, was das Übersteuern verursacht. Wenn die Fahrzeugstabilität unter die gewünschte Höhe abfällt, wie es durch eine Kombination der Angaben wie Reifenschlupfwinkel, Größe des Gierwinkels und Radschlupf in Umfangsrichtung bestimmt ist, wird das Nutzbremsmoment verringert werden und durch ein nicht-regeneratives Bremsmoment an den nicht angetriebenen, lenkbaren Vorderrädern 64 basierend auf der Funktion eines Reglers mit geschlossenem Regelkreis ersetzt werden. Diese Übertragung des Bremsmomentes reduziert die fehlerhafte Abstimmung der hinteren vorgespannten Bremse und verbessert dementsprechend die Stabilität des Fahrzeuges. Die Größe des Bremsmomentes, das auf die Vorderachse 68 übertragen werden muss, kann auf ein Minimum gebracht werden, indem das gesamte übertragene, nicht-regenerative Moment auf das nicht angetriebene, lenkbare Rad 64 übertragen wird, das sich zu der Außenseite einer vom Fahrzeug verfolgten bogenförmigen Strecke bewegt. Das Aufbringen eines nicht-regenerativen Bremsmomentes nur auf das äußere, nicht angetriebene, lenkbare Rad 64 wird ein Moment erzeugen, das dazu neigen wird, der Drehung des Fahrzeuges zu begegnen, womit das Übersteuern verringert wird.
Die Erfindung kann Nutzbremsung zur Verfügung stellen, wobei das Untersteuern und Übersteuern des Fahrzeuges selbst auf Flächen mit geringer Reibung verringert wird, während die Rückgewinnung von Energie nicht erheblich reduziert wird. Der Regler der vorliegenden Erfindung kann physikalisch entweder innerhalb des VSC 46 oder als allein stehende Einheit wie die EHBU 56 angeordnet sein. Der Regler überwacht ständig die Steuerbarkeit des Fahrzeuges und weist dementsprechend eine Änderung der Nutzbremsung in Echtzeit an, wenn die Steuerbarkeit des Fahrzeuges verringert ist.
Bei einem Bremsereignis ist die vorliegende Erfindung vorzugsweise am Anfang auf Nutzbremsung angewiesen, während die Steuerbarkeit des Fahrzeuges ständig überwacht wird und folglich das Bremsen einstellt. Das System versucht, Steuerprobleme zu korrigieren, indem die Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb eines vorgegebenen Zielwertes aufrechterhalten wird. Das bedeutet, dass das System der vorliegenden Erfindung reagieren sollte, bevor die normale Stabilitätsregelung oder Antiblockiersysteme eingreifen.
Um das Ziel einer Verbesserung der Fahrzeugsteuerbarkeit zu erreichen, sind Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung, die Entwicklung beliebiger seitlicher Instabilität (wie das Übersteuern oder ein hohes Radschlupfverhältnis in Umfangsrichtung) zu überwachen und eine Nutzbremsung zu reduzieren, um eine mäßigere Bremskraftverteilung zu erzielen. Das Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung wird bestimmt durch Messen der Drehzahl der Vorderräder und der Hinterräder mittels der Raddrehzahlsensoren 70. Eine Formel für das Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung ist:
Als ein erster Näherungswert der Fahrzeuggeschwindigkeit kann die Raddrehzahl der Vorderräder für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb genutzt werden, und die Raddrehzahl der Hinterräder kann für ein Fahrzeug mit Frontantrieb verwendet werden. Wenn mit den Hinterradbremsen gebremst wird, erfolgt die Verzögerung des Fahrzeuges von den Hinterrädern. Zum Beispiel bedeutet ein Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung von zehn Prozent (10%), dass die Hinterräder zehn Prozent (10%) langsamer als das Fahrzeug laufen. Wenn sich das Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung für die Hinterräder erhöht, nimmt die seitliche Stabilität ab.
Die vorliegende Erfindung nutzt Steueralgorithmen mit Rückkopplung zum Überwachen und dynamischen Modifizieren des vorderen und hinteren Bremsmomentes, um eine Bremsung auf der Basis einer Anforderung des Fahrers einzuleiten, die anfänglich Nutzbremsung mehr favorisiert als die normale Bremskraftverteilung anzeigen würde, während die Steuerbarkeit des Fahrzeuges überwacht und aufrechterhalten wird. Für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb kann das Übersteuern und für ein Fahrzeug mit Frontantrieb das Untersteuern verringert werden.
2 veranschaulicht eine mögliche Ausführung der vorliegenden Erfindung durch das Blockbild eines Nutzbremsreglers, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung nutzt. Wie es oben angegeben ist, kann dieser Regler in dem VSC 46 oder einem getrennten Regler, wie der EHBU 56, aufgenommen sein. Dieser Regler kann generell einen einfachen PID-Regler mit Rückführung enthalten. Die in 2 veranschaulichte Strategie kann genutzt werden für ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb, Hinterradantrieb mit Nutzbremsung, die auf die Hinterräder oder überwiegend auf die Hinterräder aufgebracht wird. Mit geringfügigen Veränderungen könnte ein Fachmann diese Strategie leicht anpassen für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb. Zur Bestimmung der Steuerbarkeit des Fahrzeuges, wie das Übersteuern und Untersteuern, kann die Strategie ständig das Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung, den Reifenschlupfwinkel und die Größe des Gierwinkels einzeln oder in einer beliebigen Kombination überwachen. Zum Zweck der Veranschaulichung stellt die in 2 vorgestellte Strategie alle drei Verfahren zur Überwachung von Übersteuern und Untersteuern des Fahrzeuges dar. Die Strategie von 2 kann außerdem das Verhältnis von Nutzbremsung und nicht-regenerativem Bremsen ständig einstellen, um eine Energierückgewinnung zu optimieren, während die aktuelle Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb von vorgegebenen Zielwerten der Steuerbarkeit beibehalten wird. Dies kann mittels getrennter Regler erreicht werden, um die Bremsung für jedes der nicht-regenerativ bremsenden Räder zu erhöhen.
In 2 beginnt die dargestellte Strategie jeweils mit dem „Schlüssel-Ein" (SE) Ereignis und endet jeweils mit dem „Schlüssel-Aus" (SA) Ereignis. Die beim Schritt 90 einmal eingeleitete Strategie kann mehrere Eingangssignale des Fahrzeuges von den Raddrehzahlsensoren 70, den Positionssensoren 72 der lenkbaren Räder und des Bremsenpositionssensors 62 überwachen.
Nach dem Schritt 90 schreitet die Strategie zum Schritt 92 weiter und fragt ab, ob die Bedienperson des Fahrzeuges einen Lenkwinkel nach rechts oder links von der Totpunktstellung (d.h. eine Kurve) angefordert hat. Für diese dargestellte Strategie wird eine Bestimmung des von der Totpunktstellung abweichenden Lenkwinkels. mittels Eingangssignals von den Positionssensoren 72 der lenkbaren Räder vorgenommen. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte der der Positionssensor (nicht gezeigt) für die lenkbaren Räder ebenfalls für diese Bestimmung genutzt werden. Der Lenkwinkel könnte außerdem einen zeitlich gefilterten Wert des Lenkwinkels enthalten. Bei der Antwort „Nein" (No) im Schritt 92 schreitet die Strategie weiter zum Schritt 88 und stellt den angestrebten Reifenschlupfwinkel und die Größe des Gierwinkels auf „0" und schreitet anschließend weiter zum Schritt 96. Bei der antwort „Ja" (Yes) im Schritt 92 schreitet die Strategie weiter zum Schritt 94. Beim Schritt 94 berechnet die Strategie einen angestrebten Reifenschlupfwinkel und eine angestrebte Größe des Gierwinkels (Kurvenverhältnis) mittels Lenkwinkels und Eingangssignals der Fahrzeuggeschwindigkeit von den Raddrehzahlsensoren 70 und schreitet weiter zum Schritt 96.
Beim Schritt 96 prüft die Strategie, ob eine Bremskraft angefordert wurde. Eine Bremskraftanweisung kann von der Bedienperson des Fahrzeuges oder von dem VSC 46 kommen. Eine Bremskraft kann von der Bedienperson des Fahrzeuges angefordert werden, wobei die auf die Fahrzeugräder aufzubringende Bremskraft mittels Eingangssignal vom Bremsenpositionssensor 62 bestimmt wird und das Fahrzeug die Bremskraft im Verhältnis zur Stellung des Bremsenpositionssensors 62 aufbringt. Eine Bremskraft kann außerdem durch den VSC 46 angefordert werden, um das Motorbremsen beim Fahren im Leerlauf eines normalen Fahrzeuges nur mit Verbrennungsmotor zu simulieren. Beim Prüfergebnis „Nein" (No) rückt die Strategie zum Schritt 90 zurück. Beim Prüfergebnis „Ja" (Yes) schreitet die Strategie weiter zum Schritt 98.
Beim Schritt 98 weist die Strategie ein Bremsmoment an, indem Nutzbremsung oder überwiegend Nutzbremsung entsprechend der Bremsanweisung verwendet wird. Zur vorliegenden Darstellung würde Nutzbremsung an den Antriebsrädern 42 der Hinterachse angewandt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel mit der Ausführung eines Vorderradantriebs würde die Strategie Nutzbremsung auf die Vorderräder anwenden. Als nächstes schreitet die Strategie weiter zum Schritt 100, um zu sensieren: Raddrehzahl für die Antriebsräder 42 auf der Hinterachse 66 und die nicht angetriebenen, lenkbaren Räder 64 auf der Vorderachse 68; seitliche Beschleunigung und Größe des Gierwinkels. Diese Feststellungen können mittels verschiedener Fahrzeug-Eingangssignale wie von den an sich bekannten Raddrehzahlsensoren 70 und Trägheitssensoren 74 realisiert werden. Die Strategie schreitet anschließend weiter zum Schritt 102.
Beim Schritt 102 berechnet die Strategie Radschlupfverhältnisse in Umfangsrichtung (wie oben beschrieben) und schreitet anschließend weiter zum Schritt 104, um Bestimmungen vorzunehmen, ob Anzeigeeinrichtungen zur Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb angestrebter Ansprechwerte liegen.
Im Schritt 104 prüft die Strategie, ob das berechnete Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung von Schritt 102 einen angestrebten Radschlupfverhältniswert überschreitet. Für diese Darstellung wird ein Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung von zehn Prozent (10%) genutzt, wobei ein bevorzugtes Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung fünf Prozent (5%) beträgt. Das angestrebte Verhältnis des Radschlupfes in Umfangsrichtung kann auch eine dynamische Variable sein, die von den Betriebszuständen des Fahrzeuges abhängig ist.
Beim Ergebnis „Ja" (Yes) im Schritt 104 schreitet die Strategie weiter zum Schritt 106 und bestimmt durch ein Eingangssignal von den Fahrzeugsensoren, wie den Positionssensoren 72 der lenkbaren Räder und den Trägheitssensoren 74, sowie einer Fahreranforderung, ob sich das Fahrzeug dreht. Beim Ergebnis „Ja" (Yes) schreitet die Strategie zum Schritt 112 weiter und weist eine Anwendung der nicht-regenerativen Bremsen 58 am nicht angetriebenen, lenkbaren Rad 64 der Vorderachse 68, das sich in der Kurve außen befindet, und die proportionale Reduzierung von Nutzbremsung an den Antriebsrädern 42 der Hinterachse 66 an, um das Bremsmoment auszugleichen, bis sich das Fahrzeug innerhalb vorbestimmter Ansprechwerte zur Steuerbarkeit befindet. Die Gesamtbremskraft bleibt die gleiche oder entspricht der Bremsanweisung. Es wird nur das Verhältnis von Nutzbremsung reduziert.
In einer anderen Ausführung des Vorderradantriebes, die die Strategie der vorliegenden Erfindung nutzt, würde die Strategie eine Anwendung der nicht-regenerativen Bremsen auf das Rad der Hinterachse, das sich in der Kurve innen befindet, und die proportionale Reduzierung von Nutzbremsung an den Rädern der Vorderachse anweisen, um das Bremsmoment auszugleichen, bis sich das Fahrzeug innerhalb vorgegebener Ansprechwerte zur Steuerbarkeit befindet.
Falls das Ergebnis im Schritt 106 „Nein" (No) ist, schreitet die Strategie zum Schritt 114 weiter und weist eine Anwendung der nicht-regenerativen Bremsen 58 auf die nicht angetriebenen, lenkbaren Räder 64 der Vorderachse 68 und die proportionale Reduzierung von Nutzbremsung auf die Antriebsräder 42 der Hinterachse 66 an, um das Bremsmoment auszugleichen, bis sich das Fahrzeug innerhalb von vorgegebenen Ansprechwerten zur Steuerbarkeit befindet. Die gesamte Bremskraft bleibt die Gleiche oder entspricht der Bremsanweisung. Es wird nur das Verhältnis von Nutzbremsung reduziert.
Zurück zum Schritt 104 schreitet die Strategie zum Schritt 108 weiter, wenn sie feststellt, dass das Radschlupfverhältnis in Umfangsrichtung nicht (No) größer ist als ein vorgegebener Wert. Im Schritt 108 bestimmt die Strategie, ob der aktuelle Reifenschlupfwinkel den angestrebten Reifenschlupfwinkel überschreitet. Wenn „Ja" (Yes), schreitet die Strategie zum Schritt 106 weiter, wenn „Nein" (No) schreitet die Strategie zum Schritt 110 weiter.
Beim Schritt 110 bestimmt die Strategie, ob die aktuelle Größe des Gierwinkels die beabsichtigte Größe des Gierwinkels überschreitet. Wenn „Ja" (Yes), schreitet die Strategie zum Schritt 106 weiter, wenn „Nein" (No), kehrt die Strategie zum Schritt 90 zurück.
Wie es in der in 2 dargestellten Strategie beschrieben ist, müssen spezielle Berechnungen entwickelt werden, um angestrebte und aktuelle Werte für das Radschlupfverhältnis in Umfangsrichtung, den Reifenschlupfwinkel oder die Größe des Gierwinkels zur praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Für eine erste Berechnung kann die oben dargestellte Formel für das Radschlupfverhältnis in Umfangsrichtung verwendet werden.
Für eine zweite Berechnung wird der Reifenschlupfwinkel in Faktoren zerlegt, um einen modifizierten Reifenschlupfwinkel zu bestimmen. Der modifizierte Reifenschlupfwinkel kann außerdem eine akzeptable Steuerbarkeit des Fahrzeuges bestimmen, indem ein Winkel α, der Reifenschlupfwinkel und sein Änderungsverhältnis geschätzt werden, ein Zielwert von α aus der Bestimmung des Reifenschlupfwinkels bestimmt wird und ein geschlossener Regelkreis genutzt wird, um die Höhe von Nutzbremsung auf die erforderliche Größe zu verringern.
Der Winkel α und seine zeitliche Ableitung α_dot kann durch bekannte Berechnungsverfahren mittels Trägheitssensoren 74 abgeschätzt werden. Um auf den Reifenschlupfwinkel zu schließen können auch andere, an sich bekannte Verfahren wie GPS-Sensoren (nicht gezeigt), optische Sensoren (nicht gezeigt), Radar (nicht gezeigt) und andere ähnliche Technologien genutzt werden. Wenn das Nutzbremsmoment auf die Räder der Hinterachse 66 (oder in erster Linie auf die Hinterräder 42) aufzubringen wäre und es deshalb das Übersteuern beträfe, dann würde der Winkel α und seine Ableitung für die Räder der Hinterachse 66 abgeschätzt werden. Wenn das Nutzbremsmoment auf die Abtriebswelle 44 an den Rädern der Vorderachse 68 (oder in erster Linie auf die nicht angetriebenen, lenkbaren Vorderräder 64) aufgebracht würde und es deshalb das Untersteuern beträfe, dann würde der Winkel α und seine Ableitung für die Räder der Vorderachse 68 abgeschätzt werden. Da die Räder der Vorderachse 68 lenkbar sind, ist anzumerken, dass die Berechnung des geschätzten Wertes von α auch die Stellung des lenkbaren Rades einschließen würde. Dies würde auch für die Räder der Hinterachse 66 zutreffen, wenn sie gelenkt wären.
Die seitliche Beschleunigung A_y des Fahrzeuges kann an einer Stelle gemessen oder abgeschätzt werden, die der Stelle von α entspricht. Der Zielwert für α, α_ziel, wird im Verhältnis zu dem absoluten Wert von A_y nach der folgenden Gleichung berechnet:

A_ziel = CC·abs (A_y) + α_versetzt,

wobei CC die Kurvennachgiebigkeit der Reifen an der Stelle des Schätzwertes von α und α versetzt eine Konstante ist, die den Schätzfehler für α kompensiert. Die Gleichung ergibt einen Wert für α_ziel der immer positiv ist. In der obigen Gleichung könnte der gemessene Wert von A_y durch einen in einer etwas anderen Art und Weise bestimmten Wert ersetzt werden, der die Grenze der seitlichen Beschleunigung entsprechend der vorhandenen Oberflächenreibung darstellte.
Der geschlossene Regelkreis des Reifenschlupfwinkels α kann mittels Nutzbremsmoment T_regen wie folgt realisiert werden:

T_korrektur_r = max (kp·α-α_ziel) + kd·α_dot, 0);
wobei kp und kd kalibrierbare Werte sind;
T_korrektur_l = max (-kp·(α + α_ziel) – kd·α_dot, 0);
T_korrektur = max (T_korrektur_r, T_korrektur_l); und
T_regen = T_gewünscht_regen – T_korrektur.
Die obigen Gleichungen sind die Realisierung eines einfachen PID-Reglers mit Rückführung basierend auf der Annahme, dass T_regen und T_gewünscht regen immer positive Werte sind. Die Drehmomentkorrektur, T_Korrektur_r, entspricht einem Reifenschlupfwinkel in einer Richtung (eine Rechtskurve), während T_korrektur_l der anderen Richtung entspricht. Diese Gleichungen werden so wirksam sein, dass die Höhe des Nutzbremsmomentes reduziert wird, wenn der Reifenschlupfwinkel die angestrebte Höhe überschreitet.
Für das dritte Verfahren wird das Verhältnis des Fahrzeuggierwinkels Y_R als Anzeige der Steuerbarkeit des Fahrzeuges genutzt. Eine akzeptable Steuerbarkeit des Fahrzeuges wird aufrechterhalten durch Messen der Größe des Gierwinkels, Berechnen eines Zielwinkels und die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises, um die Höhe der Nutzbremsung bei Bedarf zu reduzieren, um zu gewährleisten, dass die Größe des Gierwinkels den Zielwert nicht überschreitet.
Das Verhältnis des Fahrzeuggierwinkels Y_R wäre ein Wert mit Vorzeichen. Der Zielwert der Größe des Gierwinkels, Y_R_ziel, wäre ein Wert mit Vorzeichen, der mit Hilfe von Verfahren berechnet wird, die in der Praxis der Regelung von Fahrzeugstabilität gut nachgewiesen sind. Der geschlossene Regelkreis der Größe des Gierwinkels Y_R würde realisiert werden, indem das Nutzbremsmoment mit einem Korrekturterm, T_korrektur, wie folgt reduziert wird:

T_korrektur_r = max (kp·(Y_R – Y_R_ziel) + kd·Y_R_dot + ki·Y_R_int, 0);
T_korrektur_l = max (-kp·(Y_R – Y_R_ziel) – kd·Y_R_dot – ki·Y_R_int, 0);
T_korrektur = max (T_Korrektur_r, T_korrektur_l); und
T_regen = T_gewünscht_regen – T_korrektur,

wobei kp, kd und ki kalibrierbare Werte sind, Y_R_dot die Ableitung von Y_R oder (Y_R – Y_R_ziel) und Y_R_int das Integral von (Y_R – Y_R_ziel) ist.
Die obigen Gleichungen sind die Realisierung eines einfachen PID-Reglers mit Rückführung.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nur für beispielhafte Zwecke vorgesehen. Es können viele andere Änderungen, Modifizierungen und Anwendungen der Erfindung vorgenommen werden. Änderungen könnten die Anwendung der Erfindung auf Fahrzeuge mit Frontantrieb, Fahrzeuge mit Hinterradantrieb und Allradantrieb einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt. Zusätzliche Änderungen könnten die Anwendung der Erfindung auf Fahrzeuge mit Vorderradlenkung, Fahrzeuge mit Hinterradlenkung und allradgelenkte Fahrzeuge einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.

Claims

System zur Regelung der Bremsung eines Fahrzeuges, umfassend: Nutzbremsen, die mit auf einer ersten Achse des Fahrzeuges aufgesetzten Rädern verbunden sind; nicht-regenerative Bremsen, die mit Rädern verbunden sind, die auf eine zweite, zur ersten Achse verschiedenen Achse des Fahrzeuges aufgesetzt sind; eine Anzahl von Sensoren zum Messen und Erzeugen von elektronischen Signalen zur Überwachung von Fahrzeug-Eingangssignalen; einen Regler, der so ausgelegt ist, um die Signale ständig zu empfangen und zu verarbeiten; und einen durch den Regler aktivierten Generator, geeignet, ein einstellbares Nutzbremsmoment unabhängig voneinander auf jedes Rad der ersten Achse aufzubringen, um einen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb eines vorgewählten Zielbereiches beizubehalten.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Sensoren eine Bremspedalstellung, die Raddrehzahl von jedem Rad des Fahrzeuges und den Grad der Abweichung des Lenkwinkels durch das Fahrzeug nach rechts oder links von einer Fahrtrichtung geradeaus einschließen.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein einfacher PID-Regler mit Rückführung ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder einer Vorderachse lenkbar sind; der Generator ein Nutzbremsmoment für die Räder einer Hinterachse bereitstellen kann; die Anzahl von Sensoren Sensoren für das Sensieren einer seitlichen Beschleunigung und der Größe eines Gierwinkels einschließt; und der Regler die Fähigkeit hat, nicht-regeneratives Bremsen eines Rades im Verhältnis zu erhöhen, Verstärkungen der nicht-regenerativen Bremse eines Rades einer durch das Fahrzeug außen befahrenen Kurve umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder auf einer Vorderachse lenkbar sind; der Generator geeignet ist, für die Räder auf der Vorderachse ein Nutzbremsmoment bereitzustellen; nicht-regenerative Bremsen mit den Rädern auf einer Hinterachse verbunden sind; Sensoren mit dem Regler gekoppelt sind, die eine seitliche Beschleunigung und die Größe eines Gierwinkels sensieren; und der Regler geeignet ist, das nicht-regenerative Bremsen eines Rades einer durch das Fahrzeug innen befahrenen Kurve proportional zu verstärken.
System zum ständigen Regeln der Bremsung und zum Optimieren der Steuerbarkeit eines Fahrzeuges, umfassend: einen Generator zur Bereitstellung eines Nutzbremsmomentes auf die Räder einer ersten Achse; nicht-regenerative Bremsen, die mit den Rädern einer zweiten Achse verbunden sind; einen Regler, der zum Steuern der Synchronmaschine ausgelegt ist; dass Nutzbremsung und nicht-regeneratives Bremsen unabhängig voneinander auf Räder der ersten Achse und zweiten Achse einstellbar aufgebracht werden; und eine in dem Regler verkörperte Regelung zur Leitung des Reglers, um Fahrzeugzustände einschließlich Bremsenstellung, Raddrehzahl von jedem Rad und Grad einer Abweichung des Lenkwinkels nach rechts oder links von einer Orientierung geradeaus zu erfassen, wobei die Regelung so ausgelegt, um nicht-regeneratives Bremsen und Nutzbremsung in veränderlichem Verhältnis unabhängig voneinander zwischen den Rädern der ersten Achse und der zweiten Achse zu aktivieren und die Steuerbarkeit des Fahrzeuges basierend auf mindestens einem gemessenen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges und mindestens einem vorgegebenen Zielwert zu bestimmen, und, basierend auf einer solchen Bestimmung Nutzbremsung zu verringern, während das nicht-regenerative Bremsen auf ein Rad erhöht wird, um den aktuellen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb des vorgegebenen Zielwertes beizubehalten.
Kraftfahrzeug, mit einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Regelung der Bremsung und Optimierung der Steuerbarkeit eines Fahrzeuges mit einer Synchronmaschine, die ausgelegt ist, um ein Nutzbremsmoment unabhängig auf die Räder einer ersten Achse einstellbar aufzubringen, und nicht-regenerativen Bremsen, die mit den Rädern einer zweiten Achse verbunden sind, mit den Schritten: Steuern des Fahrzeuges durch Erfassen der Fahrzeugzustände mit mindestens einem von Bremsenstellung, Raddrehzahl von jedem Rad und Grad der Abweichung des Lenkwinkels nach rechts oder links von einer Geradeausrichtung; Aktivieren von nicht-regenerativem Bremsen und Nutzbremsung in veränderlichem Verhältnis unabhängig zwischen den Rädern der ersten Achse und zweiten Achse; Bestimmen der Steuerbarkeit des Fahrzeuges basierend auf einem Vergleich von mindestens einem gemessenen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges gegenüber mindestens einem vorgegebenen Zielwert; und Verringern der Nutzbremsung, während das nicht-regenerative Bremsen auf ein ausgewähltes Rad erhöht wird, um den aktuellen Wert der Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb des vorgegebenen Zielwertes beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt der Steuerung des Fahrzeuges die Verwendung eines einfachen PID-Reglers mit Rückführung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Räder auf einer Vorderachse lenkbar sind; die Synchronmaschine das auf die Räder einer Hinterachse aufgebrachte Nutzbremsmoment regelt; nicht-regenerative Bremsen mit den Rädern auf der Vorderachse verbunden sind; der Schritt der Erfassung von Fahrzeugzuständen weiter das Bestimmen der seitlichen Beschleunigung und der Größe des Gierwinkels des Fahrzeuges umfasst; und der Schritt des Verringerns von Nutzbremsung bei einer Zunahme von nicht-regenerativem Bremsen auf ein Rad zur Beibehaltung des aktuellen Wertes der Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb des vorgegebenen Zielwertes den Schritt der proportionalen Erhöhung des nicht-regenerativen Bremsmomentes, das auf ein sich auf einer Kurve außen bewegendes Rad aufgebracht wird, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder auf der Vorderachse lenkbar sind; die Synchronmaschine ein auf die Räder einer Vorderachse aufgebrachtes Nutzbremsmoment einstellbar steuert; nicht-regenerative Bremsen mit den Rädern auf einer Hinterachse verbunden sind; der Schritt zur Erfassung von Fahrzeugzuständen weiter den Schritt des Bestimmens der seitlichen Beschleunigung und Größe des Gierwinkels des Fahrzeuges umfasst; und der Schritt der Verringerung von Nutzbremsung bei Erhöhung des nicht-regenerativen Bremsens auf ein Rad zur Beibehaltung des aktuellen Wertes der Steuerbarkeit des Fahrzeuges innerhalb eines vorgegebenen Zielwertes den Schritt der proportionalen Erhöhung des nicht-regenerativen Bremsmomentes, das auf ein in einer Kurve laufendes Rad aufgebracht wird, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Steuerbarkeit des Fahrzeuges den Schritt der Messung eines Verhältniswertes des Radschlupfes in Umfangsrichtung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Steuerbarkeit des Fahrzeuges den Schritt des Bestimmens und Vergleichens eines angestrebten und eines aktuellen Reifenschlupfwinkels des Fahrzeuges umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bestimmung der Steuerbarkeit des Fahrzeuges den Schritt des Bestimmens und Vergleichens einer angestrebten und einer aktuellen Größe des Gierwinkels umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verringerns von Nutzbremsung aktiviert wird, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer als 10 Prozent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verringerns von Nutzbremsung aktiviert wird, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer als 5 Prozent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verringerns von Nutzbremsung aktiviert wird, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer ist als ein Wert, der von den Betriebszuständen des Fahrzeuges abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel nach links oder rechts aus einer Erfassung der Lenkradstellung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel aus einer Erfassung der Stellung des lenkbaren Rades bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkel aus einer zeitlich gefilterten Bestimmung des Lenkwinkels abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eine Nutzbremsung verringert und nicht-regeneratives Bremsen im Verhältnis erhöht, um die Steuerbarkeit des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer als 10 Prozent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler Nutzbremsung reduziert und nicht-regeneratives Bremsen im Verhältnis erhöht, um die Steuerbarkeit des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer als 5 Prozent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler Nutzbremsung reduziert und nicht-regeneratives Bremsen im Verhältnis erhöht, um die Steuerbarkeit des Fahrzeuges aufrechtzuerhalten, wenn der Verhältniswert des Radschlupfes in Umfangsrichtung größer ist als ein Wert, der von den Betriebszuständen des Fahrzeuges abhängig ist.