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WO2013186026A2 - Verfahren zur erhöhung der rekuperationsrate - Google Patents

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Publication number
WO2013186026A2
WO2013186026A2 PCT/EP2013/060719 EP2013060719W WO2013186026A2 WO 2013186026 A2 WO2013186026 A2 WO 2013186026A2 EP 2013060719 W EP2013060719 W EP 2013060719W WO 2013186026 A2 WO2013186026 A2 WO 2013186026A2
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WO
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torque
brake
friction brake
braking
controlling
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/060719
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English (en)
French (fr)
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WO2013186026A3 (de
Inventor
Martin Ringdorfer
Martin Horn
Original Assignee
Magna Powertrain Ag & Co Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna Powertrain Ag & Co Kg filed Critical Magna Powertrain Ag & Co Kg
Priority to DE112013002947.2T priority Critical patent/DE112013002947A5/de
Publication of WO2013186026A2 publication Critical patent/WO2013186026A2/de
Publication of WO2013186026A3 publication Critical patent/WO2013186026A3/de

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a brake system of a motor vehicle, by which at least one wheel of the motor vehicle, which is monitored by a slip detection unit with respect to the occurrence of a slip, can be braked by means of a friction brake and an electric machine which can be operated as a generator.
  • the present invention relates to a method for increasing the Rekuperationsrate during the Radschlupfregel ists in a motor vehicle.
  • Brake system in which the friction brake of the affected wheel is controlled accordingly.
  • the brake pressure actually requested by a driver of the vehicle by means of a corresponding brake pedal actuation in order to avoid wheel blockages is prevented by actuation of the brake pedal.
  • reduction of suitable valves (brake reduction phase B).
  • Various braking strategies are used, which are adapted to the current driving situation. For example, in some situations a smooth braking strategy may be used while in other situations an aggressive braking strategy is indicated to quickly reduce vehicle speed.
  • the kinetic energy of the vehicle during braking can be used to generate electrical energy and to charge an energy store (so-called "recuperation").
  • a braking torque to be applied by an electric machine (recuperation torque) and / or a braking torque (friction braking torque) to be applied by the friction brake are first determined on the basis of a desired total braking torque.
  • ⁇ -low ground a slippery surface during the braking process
  • the requested total braking torque may cause overbraking of one or more wheels.
  • recuperation increase is possible with the aid of an actuating variable compensator in the control loop.
  • This approach is, in the strict sense, an algorithm that eliminates unwanted effects. reduces or avoids effects associated with actuator set-size constraints.
  • the compensation of the manipulated variable limitation is used to deflect a mathematical reference model of the traction motor from its rest position in a regulatory technical sense.
  • the deflection from the rest position is a measure of the sum of all variables that could not be implemented in the desired manner. It is, so to speak, that part of the manipulated variable "stored" that could not be immediately converted by the actuator If the actuator is able to perform more at a later time than is currently required, the deflection of the reference model is attempted with the help of a controller This corresponds to a catch-up of all manipulated variables that could not previously be implemented.
  • the parameterization of the compensation controller allows the dynamics of the "catch-up process" to be defined.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a vehicle
  • Fig. 2 schematic controller structure
  • FIG. 4 implementation of the solution according to the invention
  • Fig. 5 representation of Rekuperationsbremsung compared to a conventional braking
  • FIG. 1 shows schematically a brake system of a motor vehicle with an electric independent wheel drive on the rear axle.
  • the deceleration forces on the individual wheels 40 are shown by way of example with arrows of different sizes on the rear axle and against the direction of travel.
  • a control unit 10 which serves to control the brake system.
  • the braking system consists of hydraulically or electrically operated friction brakes 42 and electric machines 44 mounted on the rear wheels.
  • the wheel torque must be limited by means of a wheel slip controller. Since a hybrid braking system consisting of electrical machine 44 and friction brake 42 is installed on the rear axle, both systems can be used to control the wheel slip ⁇ . From a driving dynamics point of view, preferably the electric motor 44 should be used, since the reaction dynamics of the electric motor is greater than the reaction dynamics of the friction brake 42. Also from an energetic point of view, recuperation by means of an electrical system is advantageous for increasing the vehicle range. If the electric motor 44 can not apply the entire wheel torque, in addition the friction brake 42 must be used. This state can occur when the electric motor 44 is operated, for example, in field weakening operation, or an actuation of the engine is not possible on other grounds. The torque at a constant power decreases in inverse proportion to the speed, and the characteristic field of such an electric motor is used to optimize the behavior of the control loop according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic control structure, as used by way of example, in order to use the faster reaction times and the higher dynamic range of the electric machine 44 for recuperation braking.
  • Figure 2 is but one way to perform the control / interconnection of the actuators so
  • the reference wheel slip re f is used as the input variable of the control loop. This controlled variable is applied to a slip detection control unit 24, which in turn is connected to a friction brake control unit 20. Slip correction torque ⁇ ⁇ and the target friction brake torque TB are via a summation 18 to the
  • Friction brake control unit 20 and the friction brake 42 passed.
  • This Reibbrems Kunststoffech 20 controls via a proportionate braking torque ⁇ 'turn on another summing member 18' to which the target Rekuperationsmoment TE is applied, an engine control unit 22 and the electric machine 44.
  • the corrected torque TEM and ⁇ are generated , Via a further summation element 18 ", these moments are combined to form a wheel torque TRad and transferred to the wheel system G, which results in a wheel slip ⁇ .
  • an integral behavior controller e.g., a PI controller
  • a PI controller e.g., a PI controller
  • a PI controller a proportional-integral controller
  • a proportional-integral controller is designed in a known way to respond quickly to and suppress disturbances. Changes, e.g. the reference signal r, so the controller calculates using its capabilities sometimes very large control variables. These manipulated variables would be applied to the electric motor 44 and can not be partially converted by the latter, resulting in undesired phenomena, e.g. could cause the building of vibrations. This is counteracted by limiting the integration to the manipulated variable limits. As a measure, an anti-windup circuit is installed.
  • FIG. 3 shows schematically such a solution for a standard control loop, shown together with a manipulated variable compensator 30.
  • the Manipulated variable compensator 30 consists of a reference model R and a correction controller K.
  • the maximum manipulated variable of the actuator is compared with the desired manipulated variable u of a controller and the difference of the two signals for the deflection of a reference model from the equilibrium state, the rest position used.
  • information ykorr can be generated, which is returned to the controller in combination with the system output variable y.
  • the deflection of the reference model or the state variables of the reference model also represent information that shows how much control value could not be implemented.
  • the system is constructed of a first control loop S l for the compensation and a second control loop S2 for the actual control of the electric motor and the brake.
  • the charge states of the storage battery as well as internal parameters such as rotational speed or temperature are used to optimize the energy strategy and the parameters are forwarded to the energy manager 11. From the large number of parameters, the energy manager creates the minimum and maximum recuperation torques T mm and T ma x.
  • the friction brake 42 must be turned on.
  • the degree to which the friction brake is required represents the measure of the energy which could be used by recuperation with regard to the road condition. Thus, this measure is also used to deflect the reference model from its rest position so that the demand for increased recuperation in the subsequent cycles / torques can / could be met.
  • the engine torque TEM in the electric motor 44 is thereby increased in terms of amount until either the engine limits are reached again, or the brake pressure is completely reduced, or the slip controller 21 counteracts a further increase.
  • Which of the three cases for ending the torque adjustment is used is, for example, varies depending on the vehicle, powertrain and battery state of charge or road condition.
  • the course of Tcomp can be influenced.
  • the transitional behavior of loss braking to increased energy efficiency can be effectively and hardly noticeable for the passenger, without neglecting the safety aspect.
  • the transition is regulated in the solution according to the invention. Ie. in case of occurring disturbances (friction value change, renewed reduction of the available recuperation moment, ...) one is able to react to it without additional measures.
  • the machine controller can be designed as if there were no manipulated variable restrictions, that is, it can be optimally designed for interference suppression.
  • FIG. 5 a the braking by means of a friction brake system (without possibility of recuperation) is shown by way of example.
  • FIG. 5b-d shows the same braking process with the aid of a friction braking system with recuperation option (with traction motor).
  • On The left-hand side is a braking system without compensator and on the right-hand side with recuperation improvement with the aid of a compensator.
  • the brake pressure is reduced such that the wheel slip is maintained at a desired value (not shown), and at the same time a maximum of recuperation is achieved.
  • the method described is not limited to individual wheel traction drives, but can also be used for a brake system with friction brake and Zentrachsachsmaschine.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, das mittels einer Reibbremse (42) und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine (44) bremsbar ist, während eines Bremsvorgangs ein durch die Reibbremse (42) aufzubringendes Reibbremsmoment (TBrk) und ein durch die elektrische Maschine (44) aufzubringendes Rekuperationsmoment (TEM) während einer Bremsmomentreduktionsphase (B) reduziert werden, bis ein durch die Reibbremse (42) und die elektrische Maschine (44) aufzubringendes korrigiertes Gesamtbremsmoment (TRad) erreicht ist. Das durch die elektrische Maschine (44) aufzubringendes Rekuperationsmoment (TEM) wird durch eine erste Rückkopplungsschleife (S1) mit Kompensation innerhalb einer zweiten Rückkopplungsschleife (S2) für die Kontrolle der elektrischen Maschine beeinflusst.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Rekuperationsrate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, durch das zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs, das durch eine Schlupferkennungseinheit hinsichtlich des Auftretens eines Schlupfs überwacht wird, mittels einer Reibbremse und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine bremsbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Rekuperationsrate während des Radschlupfregelbetriebs in einem Kraftfahrzeuges.
Stand der Technik
Bei modernen Kraftfahrzeugen findet eine kontinuierliche Schlupfkontrolle an den Rädern des Fahrzeugs statt, um die Stabilität des Fahrzeugs insbesondere auch während Bremsvorgängen gewährleisten zu können.
Kommt es nämlich bei einem Bremsvorgang zu einem unzulässig hohen Radschlupf bzw. sogar zum Blockieren eines oder mehrerer der Räder, kann es zu einem Kontrollverlust des Fahrzeugs kommen. Es wird daher versucht, den durch ein Abbremsen der Räder jeweils verursachten Radschlupf unterhalb eines kritischen Schlupfwerts zu halten. Bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen wird eine derartige Begrenzung mittels eines ABS-Systems als unterlagerte Regelung eines ESP-Systems durchgeführt. Diese Systeme bedienen sich radindividueller Eingriffe in das
Bremssystem, bei denen die Reibbremse des betroffenen Rads entsprechend angesteuert wird. Mit anderen Worten wird der von einem Fahrer des Fahrzeugs durch eine entsprechende Bremspedalbetätigung eigentlich angeforderte Bremsdruck zur Vermeidung von Radblockaden durch Aktu- ierung geeigneter Ventile verringert (Bremsenreduktionsphase B) . Dabei werden verschiedene Bremsstrategien eingesetzt, die an die jeweils vorliegende Fahrsituation angepasst sind. Beispielsweise kann in bestimmten Situationen eine sanfte Bremsstrategie zu Einsatz gelangen, während in anderen Situationen eine aggressive Bremsstrategie angezeigt ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit schnell zu reduzieren.
Bei Fahrzeugen mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb kann die kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsen zur Erzeugung elektri- scher Energie und zum Laden eines Energiespeichers genutzt werden (sog. "Rekuperation"). Beim Bremsen werden zunächst auf Basis eines gewünschten Gesamtbremsmoments ein durch eine elektrische Maschine aufzubringendes Bremsmoment (Rekuperationsmoment) und/ oder ein durch die Reibbremse aufzubringendes Bremsmoment (Reibbremsmo- ment) bestimmt. Befindet sich das Fahrzeug bei dem Bremsvorgang beispielsweise auf einem rutschigen Untergrund (oft als "μ-low Untergrund" bezeichnet), so kann das angeforderte Gesamtbremsmoment jedoch ein Überbremsen eines Rads oder mehrerer Räder bewirken.
Wird jedoch ein kritischer Bremsschlupf überschritten, so wird die Ener- gierückgewinnung teilweise oder vollständig ausgesetzt.
Aus der noch nicht veröffentlichten Abmeldung DE 10201 1 1 14481 ist eine Verwendung eines hybriden Bremssystems (konventionelle Reibbremse und Einzelradtraktionsmotor) bekannt, wobei hier eine Regleranordnung, die Energieeffizienz und Fahrsicherheit gleichzeitig sicherstellt. Allerdings weist diese im Stand der Technik beschriebene Regelung Schwachstellen bei der Ausnutzung des maximal möglichen Rekuperationspotentials auf, wenn Traktionsmotor und Reibbremse gemeinsam im Einsatz sind. Wenn bei einer Rekuperation eine Radschlupfregelung notwendig ist, und das verfügbare/ erlaubte Rekuperationsmoment sehr gering ist, wird ein Teil des Bremsmomentes über die Bremse aufgebracht. Steigt das Rekuperati- onspotential während eines Reglereingriffes an, so ist ein Abbau des mechanischen Bremsmomentes (Bremsdruck), und eine damit verbundene Rekuperationserhöhung mit der oben beschriebenen Regleranordnung, nur sehr schwer möglich.
Aber auch ohne Schlupfregelung ist die Optimierung der Rekuperations- rate notwendig.
Zusammenfassung der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das insbesondere in der vorstehend beispielhaft beschriebenen Situation eine optimierte Energierückgewinnung bei gleichzeitiger Komforterhöhung ermöglicht und das auch bei einer ABS-Bremsung an der Rekuperation festhält. Auch Sicherheitsas- pekten soll durch eine Erhöhung der Dynamik des Bremsvorgangs Rechnung getragen werden.
Aus der Veröffentlichung„was du heut' nicht kannst besorgen..." G.
Schneider, Automatisierungstechnik at, 34. Jahrgang, 2/ 1986, Seite 59 ist bekannt, Stellgrößenbeschränkungen zu überwinden. Die in diesem Stand der Technik beschriebene Vorgangsweise zur Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen, bildet die Grundlage der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung der Verbesserung der Rekuperationsraten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafterweise wird eine Rekuperationserhöhung mit Hilfe eines Stell- größenkompensators im Regelkreis möglich. Bei diesem Ansatz handelt es sich im eigentlichen Sinne um einen Algorithmus, der ungewünschte Ef- fekte in Zusammenhang mit Aktuatorstellgrößenbeschränkungen reduziert bzw. vermeidet.
Die Kompensation der Stellgrößenbeschränkung wird dazu genutzt, um ein mathematisches Referenzmodell des Traktionsmotors aus dessen Ruhelage im regelungstechnischen Sinne auszulenken. Die Auslenkung aus der Ruhelage ist dabei ein Maß für die Summe aller Stellgrößen, die nicht in gewünschter Weise umgesetzt werden konnten. Es wird sozusagen jener Anteil der Stellgröße„gespeichert" die vom Aktuator nicht sofort um- gesetzt werden konnte. Ist der Aktuator zu einem späteren Zeitpunkt wieder im Stande mehr zu leisten als aktuell gefordert wird, so wird mit Hilfe eines Reglers versucht die Auslenkung des Referenzmodells abzubauen. Dies entspricht einem Nachholen aller Stellgrößen, die zuvor nicht umgesetzt werden konnten. Mit der Parametrierung des Kompensations-Reglers lässt sich die Dynamik des„Aufholvorganges" festlegen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, Fig. 2 schematische Reglerstruktur
Fig. 3 Regelkreis mit Stellgrößenkompensator
Fig. 4 Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung Fig. 5 Darstellung der Rekuperationsbremsung in Vergleich zu einer konventionellen Bremsung
Figur 1 zeigt schematisch ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs mit ei- nem elektrischen Einzelradantrieb auf der Hinterachse. Die Verzögerungskräfte auf den einzelnen Rädern 40 werden beispielhaft mit unterschiedlich großen Pfeilen an der Hinterachse und gegen die Fahrtrichtung dargestellt. Im Fahrzeug befindet sich eine Steuereinheit 10, die zur Kontrolle des Bremssystems dient. Das Bremssystem besteht aus hydraulisch oder elektrisch betriebenen Reibbremsen 42 sowie elektrischen Maschinen 44, die an den Hinterrädern angebracht sind.
Das Auslösen der Bremsfunktion durch einen Fahrer oder einem Fahrerassistenzsystem und das Messen der Raddrehzahl als Eingangsgrößen der Regelung sind bekannt und werden nicht weiter beschrieben.
Tritt bei einer Rekuperationsbremsung ein zu hoher Radschlupf λ auf, so muss das Radmoment mithilfe eines Radschlupfreglers begrenzt werden. Da an der Hinterachse ein hybrides Bremssystem bestehend aus elektrischer Maschine 44 und Reibbremse 42 verbaut ist, können beide Systeme verwendet werden, um den Radschlupf λ zu regeln. Aus fahrdynamischer Sicht sollte vorzugsweise der Elektromotor 44 verwendet werden, da die Reaktionsdynamik des Elektromotors größer ist als die Reaktionsdynamik der Reibbremse 42. Auch aus energetischer Sicht, ist die Rekuperation mittels elektrischem System für die Steigerung der Fahrzeugreichweite von Vorteil. Wenn der Elektromotor 44 nicht das gesamte Radmoment aufbringen kann, muss zusätzlich die Reibbremse 42 verwendet werden. Dieser Zustand kann auftreten, wenn der elektrische Motor 44 z.B. im Feldschwächbetrieb betrieben wird, oder eine Aktuierung des Motors auf anderen Gründen nicht möglich ist. Man spricht vom„Feldschwächbetrieb" bei Betrieb eines Motors über die Motorbemessungsfrequenz und gleichbleibender Versorgungsspannung. Das Drehmoment nimmt bei konstanter Leistung umgekehrt proportional der Drehzahl ab. Das Kennfeld eines solchen Elektromotors dient zur Op- timierung des Verhaltens des erfindungsgemäßen Regelkreises.
Figur 2 zeigt eine schematische Regelstruktur, wie sie beispielhaft angewendet wird, um die schnelleren Reaktionszeiten und den höheren Dynamikbereich der elektrischen Maschine 44 für das Rekuperationsbremsen zu verwenden. Figur 2 ist dabei aber nur eine Möglichkeit die Regelung / Verschaltung der Aktuatoren so durchzuführen
Als Eingangsgröße des Regelkreises wird der Referenzradschlupf ref verwendet. Diese Regelgröße liegt an einer Schlupferkennungs- Regelungseinheit 24 an, die wiederum mit einer Reibbremssteuereinheit 20 verbunden ist. Schlupfkorrekturmoment ΤΛ sowie das Soll- Reibbremsmoment TB werden über ein Summationsglied 18 an die
Reibbremssteuereinheit 20 sowie die Reibbremse 42 übergeben. Diese Reibbremssteuereinheit 20 steuert über ein anteiliges Bremsmoment ΤΒΛ' wiederum über ein weiteres Summationsglied 18', an dem das Soll- Rekuperationsmoment TE anliegt, eine Maschinensteuereinheit 22 sowie die elektrische Maschine 44. Entsprechend der Vorgaben werden von den Aktuatoren die korrigierten Momente TEM und ΤΒΛ erzeugt. Über ein weiteres Summationsglied 18" werden diese Momente zu einem Radmoment TRad zusammengefasst und an das Radsystem G übergeben, was in einem Radschlupf λ resultiert.
Mit diesem schematischen Aufbau für die Regelung des Bremssystems eingesetzt, werden Fahrdynamikaspekte und energetische Aspekte gut realisiert. Auch wenn die elektrische Maschine 44 das eingestellte Soll- moment aus TE + T\ - ΤΒΛ' ZU einem bestimmten Zeitpunkt nicht aufbringen kann, kann mithilfe eines gezielten Eingriffes des hydraulischen Bremssystems eine ausreichende Leistung und Anpassung an die Fahrdynamik Forderung erzielt werden. In einem solchen Fall wird für die Bremsung der elektrische Motor 44 in Kombination mit der Reibbremse 42 verwendet. Schon kurz nach Beginn des Bremsvorganges kann der Schlupf λ auf einen gewählten Sollschlupf λι-ef beschränkt werden. Die gewählte Reglerstruktur führt dazu, dass die Aufteilung des Bremsmomentes zwischen konventioneller Reibbremse 42 und dem elektrischen Motor 44 während des gesamten Bremsvorganges annähernd konstant ist. Auch wenn das Potenzial des elektrischen Motors 44 zunimmt, wird die Aufteilung zwischen den beiden Brems-Komponenten nur geringfügig verändert. Dieses Verhalten ist in Figur 5 beispielhaft dargestellt.
Beispielhaft wird für die weitere Ausführung ein Regler 22 mit integralem Verhalten (z.B. ein PI-Regler) verwendet.
Ein PI-Regler, ein Proportional-Integral-Regler, ist auf bekannte Weise aufgebaut, um schnell auf Störungen zu reagieren und sie zu unterdrücken. Ändert sich z.B. das Referenzsignal r, so rechnet der Regler unter Verwendung seiner Möglichkeiten teilweise sehr große Regelstellgrößen. Diese Stellgrößen würden am elektrischen Motor 44 anliegen und können teilweise von diesem nicht umgesetzt werden, was zu unerwünschten Phänomenen wie z.B. den Aufbau von Schwingungen führen könnte. Dem tritt man mit der Begrenzung der Integration auf die Stellgrößen- Grenzen entgegen. Als Maßnahme wird ein Anti-Windup-Kreis eingebaut.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist das Regelverhalten eines Regelsystems mit Anti-Windup-Regelkreis aber noch nicht ausreichend. Daher wird ein Stellgrößenkompensator 30 eingesetzt.
In Figur 3 zeigt schematisch eine solche Lösung für einen Standardregel- kreis, gemeinsam mit einem Stellgrößenkompensator 30 dargestellt. Der Stellgrößenkompensator 30 besteht aus einem Referenzmodell R und einem Korrekturregler K. Dabei wird die maximale Stellgröße des Aktuators mit der Wunschstellgröße u eines Reglers verglichen und die Differenz der beiden Signale zur Auslenkung eines Referenzmodells aus dem Gleichge- wichtzustand, der Ruhelage, verwendet.
Dadurch kann eine Information ykorr generiert werden, die in Kombination mit der Systemausgangsgröße y wieder dem Regler zugeführt wird. Die Auslenkung des Referenzmodells bzw. die Zustandsgrößen des Referenz- modells stellen aber auch Informationen dar, die Aufschluss geben, wie viel Stellgröße nicht umgesetzt werden konnte.
Ist das Potential des Elektromotors 44 zu einem späteren Zeitpunkt wieder höher als die Stellgröße u des Reglers, so kann diese mit einem Kor- rekturregler K zum Signal Ukorr verknüpft werden, und direkt dem Elektromotor 44 zugeführt werden. Damit ist es möglich, Auslenkungen aus dem Gleichgewichtszustand zu reduzieren. Kann das Referenzmodell wieder in die Ruhelage überführt werden, so bedeutet dies, dass die zuvor nicht verfügbare Stellgröße zu einem späteren Zeitpunkt wieder nachge- holt wurde.
Das Prinzip des Referenzmodels und der aktiven Beeinflussung von Systemzuständen aufgrund von vergangenen Anforderungen, wird auf die Fahrzeug Topologie mit zwei elektrischen Radantrieben übertragen und in Figur 4 dargestellt.
Die Anordnung aus Figur 2 wird nun mit Hilfe dieses Prinzips erweitert. Dadurch können die zuvor erwähnten nachteiligen Effekte beseitigt, bzw. Rückschlüsse auf Rekuperationsanforderungen gezogen werden. Das Aus- lenken eines Referenzmodells aus dessen Ruhelage wird dabei genutzt, um die internen Systemzustände des Referenzmodells oder dessen Ausgang ykorr einem zusätzlichen Regler zuzuführen. Stellgrößen, die durch die Begrenzung weggefallen sind, werden erfasst und durch gleichwertige Regelimpulse in einem oder mehrerer Abtastintervallen ersetzt.
Natürlich muss das Fahrzeug in jeder Situation gebremst werden können, unabhängig von der Strategie, die Energie durch den Elektromotor zurückzuholen. Deshalb wird das System aus einer ersten Regelschleife S l für die Kompensation und einer zweiten Regelschleife S2 für die eigentliche Steuerung des Elektromotors und der Bremse aufgebaut.
Zusätzlich zu den begrenzende Parametern des Elektromotors 44 werden noch die Ladezustände der Speicherbatterie sowie interne Parameter wie etwa Drehgeschwindigkeit oder Temperatur zur Optimierung der Energiestrategie herangezogen und die Parameter an den Energiemanager 1 1 weitergegeben. Aus der Vielzahl der Parameter erstellt der Energiemanager die minimalen und maximalen Rekuperationsmomente Tmm und Tmax.
Wenn der Elektromotor das geforderte Moment nicht zur Verfügung stellen kann, bzw. aufgrund der Vorgaben von Tmin und Tmax nicht zur Verfügung stellen darf, muss die Reibbremse 42 eingeschaltet werden. Das Maß, in dem die Reibbremse gefordert ist, stellt dabei das Maß der Energie dar, die durch Rekuperation hinsichtlich der Straßenzustand genutzt werden könnte. Also wird dieses Maß ebenfalls dazu verwendet, um das Referenzmodell aus seiner Ruhelage auszulenken, damit die Forderung nach erhöhter Rekuperation in den Folgezyklen / -momenten erfüllt wer- den kann /könnte.
Besitzt der Motor das Potential der Rekuperationsmomentenerhöhung und wird dies durch Tmin und Tmax freigegeben, so wird neben dem aktuell geforderten Rekuperationsmoment der Maschinensteuereinheit 22 ein Zu- satzmoment TCOmp zugeführt. Dieses Moment bewirkt ein geringfügiges Erhöhen des Gesamtmomentes TRad. Dadurch veranlasst der Radschlupfregler, dass TA betragsmäßig gesenkt wird. Als Folge dieser Anpassung wird auch das Bremsmoment Tßrk gesenkt, das proportional dem Bremsdruck folgt, was zur weiteren Erhöhung des Motormoments führt.
Das Motormoment TEM im Elektromotor 44 wird dabei solange betragsweise erhöht, bis entweder die Motorgrenzen wieder erreicht werden, oder der Bremsdruck vollständig abgebaut ist, oder der Schlupfregler 21 einer weiteren Erhöhung entgegenwirkt.
Welcher der drei Fälle zur Beendigung der Momentenanpassung herange- zogen wird ist z.B. je nach Fahrzeug-, Antriebsstrang- und Batterieladezustand bzw. Straßenzustand unterschiedlich.
Durch die Parametrierung des Kompensationsreglers K kann der Verlauf von Tcomp beeinflusst werden. Dadurch lässt sich das Übergangsverhalten von Verlustbremsung auf gesteigerte Energieeffizienz wirkungsvoll und für den Passagier kaum bemerkbar gestalten, ohne den Sicherheitsaspekt zu vernachlässigen.
Im Gegensatz zu einem gesteuerten Übergang zwischen den Elektromotoren erfolgt in der erfindungsgemäßen Lösung der Übergang geregelt. D. h. im Falle von auftretenden Störungen (Reibwertwechsel, erneute Reduktion des verfügbaren Rekuperationsmoment,...) ist man im Stande, ohne zusätzliche Maßnahmen darauf zu reagieren.
Im Weiteren bietet sich der Vorteil, dass der Maschinenregler so ausgelegt werden kann, als ob es keine Stellgrößenbeschränkungen gäbe, d.h er kann optimal auf Störgrößenunterdrückung ausgelegt werden.
In Figur 5a ist beispielhaft die Bremsung mit Hilfe eines Reibbremssystems (ohne Rekuperationsmöglichkeit) dargestellt.
In Figur 5b-d ist der gleiche Bremsvorgang mit Hilfe eines Reibbremssys- tems mit Rekuperationsmöglichkeit (mit Traktionsmotor) dargestellt. Auf der linken Seite ist dabei eine Bremsung ohne Kompensator und auf der rechten Seite mit Rekuperationsverbesserung mit Hilfe eines Kompensa- tors dargestellt. Bei einem Anstieg des Motorpotentials wird der Bremsdruck derart verringert, dass der Radschlupf auf einem Wunschwert (nicht dargestellt) gehalten wird, und gleichzeitig ein Maximum an Reku- peration erzielt wird.
Das beschriebene Verfahren ist nicht nur auf Einzelradtraktionsantriebe beschränkt, sondern kann auch für ein Bremssystem mit Reibbremse und Zentralachsmaschine verwendet werden.
Bezugszeichenliste
10 Steuereinrichtung
1 1 Energiemanager
18, 18', 18" Summationsglied
20 Reibbremssteuereinheit
21 Schlupfregler
22 Maschinensteuereinheit
24 Schlupferkennungs-Regelungseinheit
30 Stellgrößenkompensation
40 Rad
42 Reibbremse
44 Elektrische Maschine
Xrei Referenzradschlupf
λ Radschlupf
G Radsystem
K Korrekturregler
R Referenzmodell
Τλ Schlupf-Korrekturmoment
TB Soll-Reibbremsmoment
TE Soll-Rekuperationsmoment
Tcomp Zusatz- Rekuperationsmoment
Tßrk korrigiertes Reibbremsmoment
Tßrk' anteiliges Reibbremsmoment
TEM korrigiertes Rekuperationsmoment min/Tmax Rekuperationsgrenzen
TRad Radmoment
r Referenzgröße
t Zeitpunkt
u, Ukorr Stellgröße
y Systemausgangsgröße
ykorr korrigierte Systemausgangsgröße

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, das mittels mindestens einer Reibbremse (42) und mindestens einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine (44) bremsbar ist, wobei während eines Bremsvorgangs ein durch die mindestens eine Reibbremse (42) aufzubringendes Reibbremsmoment (ΤΒΛ) und ein durch die mindestens eine elektrische Maschine (44) aufzubringendes Rekuperationsmoment (TEM) während einer Bremsmomentre- duktionsphase (B) reduziert werden, bis ein durch die Reibbremse (42) und die elektrische Maschine (44) aufzubringendes korrigiertes Gesamtbremsmoment (TRad) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die elektrische Maschine (44) aufzubringende Rekuperationsmoment (TEM) durch eine erste Rückkopplungsschleife (S l) mit Kompensation innerhalb einer zweiten Rückkopplungsschleife
(S2) für die Kontrolle der elektrischen Maschine beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rad (40) des Fahrzeugs durch eine Schlupferkennungseinheit (24) hinsichtlich des Auftretens eines Schlupfs (λ) überwacht wird, wobei die Detektion eines Schlupfs (λ) des Rads (40) erfolgt und als ein Eingangsparameter verwendet wird.
3. Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation in der ersten Rückkoppelschleife (S l) über eine Refererenzmodell (R) und einen Korrekturregler (K) verfügt.
Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmo- dell (R), die Kontrollsignale, die in von der elektrischen Maschine nicht aufzubringenden Rekuperationsmomente (TEM) resultieren, zwischenspeichert.
Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (44) Zustandsdaten an den Energiemanager (1 1) abgibt.
6. Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation durch die Reibbremse (42) aufzubringendes Reibbremsmoment ( Brk) beeinflusst wird.
Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmodell der Kompensation durch die Reibbremse (42) aufzubringendes Reibbremsmoment (TBrk) aus seinem Gleichgewichtszustand ausgelenkt wird.
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