Modellbasierte regenerative Bremsstrategien unter Querdynamikeinfluss
Bisherige Untersuchungen zu regenerativen Bremsstrategien in Fahrzeugen konzentrieren sich entweder primär auf die Fahrsicherheit, meist durch direkte Regelung der Radstabilität, oder auf die Erhöhung des regenerativen Bremsmoments ohne adäquate Berücksichtigung nichtlinearer querdynamischer Effekte. Für eine optimale und effiziente Bremsenergierückgewinnung unter erhöhter Querdynamikeinwirkung müssen jedoch beide Aspekte berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere für reale Fahrbedingungen fernab von Prüfstandssituationen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Regelkonzeptes, das die Fahrzeugstabilität sicherstellt und die mögliche Bremsenergierückgewinnung in querdynamischen Fahrsituationen optimiert. Bisherige Ansätze verwenden häufig komplexe Regelungsmodelle und/oder idealisierte Annahmen. Das in dieser Arbeit vorgeschlagene Regelungskonzept basiert auf der nichtlinearen Schätzung und Abbildung des Fahrzustandes bis in hohe Querbeschleunigungsbereiche und kann für verschiedene regenerative Bremsstrategien mit beliebigen Bremsmomentquellen für Personenkraftwagen angewendet werden. Die Bewertung der unterschiedlichen Bremsstrategien erfolgt anhand der regenerativen Bremseffizienz sowie der allgemeinen Fahrzeug- und Bremsstabilität unter Berücksichtigung vorgegebener Querbeschleunigungsbereiche. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf hinterradgetriebenen Fahrzeugen, die auslegungsbedingt eine kritischere Fahrzeugstabilität beim regenerativen Bremsen über den elektrischen Antriebsstrang aufweisen. Zur Bewertung und Regelung der Stabilität werden für die Querstabilität Stabilitätsfaktoren eingeführt, die auf Schätzungen des entwickelten Fahrzeugzustandsmodells basieren. Die Längsstabilität wird modellgestützt über ein Begrenzungs- und Schätzverfahren auf Reifenebene sichergestellt. Das entwickelte Regelungskonzept wird zunächst im Rahmen von Fahrsimulationen für einzelne Fahrmanöver und Kraftschlussbeiwerte hinsichtlich Stabilität und Bremseffizienz untersucht. Weitergehend werden dynamische Streckenfahrten unter dem Gesichtspunkt analysiert, die Fahrzeit durch den optimalen Bremszeitpunkt zu verkürzen. Abschließend wird das Bremsverhalten der dynamischen Streckenfahrt als Aspekt für die Bewertung und mögliche Auslegung des regenerativen Bremsens behandelt.
Previous studies on regenerative braking strategies in vehicles have focused either primarily on driving safety, mostly through direct control of wheel stability, or on increasing regenerative braking torque without adequate consideration of non-linear lateral dynamic effects. However, for optimal and efficient brake energy regeneration under increased lateral dynamic effects, both aspects must be taken into account. This is especially the case for real driving conditions far away from test bench situations. The aim of this work is to develop a control concept that ensures vehicle stability and optimises the possible brake energy recovery in lateral dynamic driving situations. Previous approaches often use complex control models and/or idealised assumptions. The control concept proposed in this paper is based on the non-linear estimation and mapping of the driving condition up to high lateral acceleration ranges and can be applied to different regenerative braking strategies with arbitrary braking torque sources for passenger cars. The evaluation of the different braking strategies is carried out on the basis of the regenerative braking efficiency as well as the general vehicle and braking stability, taking into account specified lateral acceleration ranges. The focus is particularly on rear-wheel drive vehicles, which, due to their design, have a more critical vehicle stability during regenerative braking via the electric drive train. For the evaluation and control of stability, stability factors are introduced for lateral stability, which are based on estimates of the developed vehicle state model. Longitudinal stability is ensured on the basis of a model using a limitation and estimation procedure at tyre level. The developed control concept is initially investigated within the framework of driving simulations for individual driving manoeuvres and adhesion coefficients with regard to stability and braking efficiency. Then, dynamic track driving is analysed from the point of view of shortening the driving time by applying the optimum braking time. Finally, the braking behaviour of the dynamic track drive is dealt with as an aspect for the evaluation and possible design of regenerative braking.