DE102012007057A1 - Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenantriebsstrang (1), wobei der Brennstoffzellenantriebsstrang (1), mindestens eine Brennstoffzelle (2) einen elektrischen Energiespeicher (3) und einen elektrischen Fahrantrieb (4) umfasst, wobei Funktionen der Brennstoffzelle (2), des elektrischen Energiespeichers (3) und des elektrischen Fahrantriebs (4) mittels einer Steuereinheit (6) gesteuert werden. Erfindungsgemäß wird der Fahrzeugführer über eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang (1) abgebbare Fahrantriebsleistung haptisch informiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die DE 10 2010 029 199 A1 beschreibt ein Fahrpedal für Kraftfahrzeuge, wobei eine durch eine entsprechende Betätigungskraft herbeigeführte Lageänderung des Fahrpedals gegenüber seiner Ausgangslage entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder zu einer Erhöhung der Antriebskraft des Motors führt und bei nachlassender Betätigungskraft die Rückstellkraft der Rückstellfeder das Fahrpedal in Richtung seiner Ausgangslage zurückbefördert. Um dem Fahrzeugführer eine haptische Rückmeldung zu geben, ist dabei ein fremdansteuerbarer elektromechanischer Aktuator vorgesehen, der derart mit der Rückstellfeder zusammenwirkt, dass deren Rückstellkraft auf das Fahrpedal veränderbar ist.
  • Die DE 10 2010 049 912 A1 beschreibt ein Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang, wobei der Hybridantriebsstrang mindestens eine Verbrennungskraftmaschine und einen elektrischen Fahrantrieb umfasst, welcher im Bremsbetrieb als Generator betrieben wird und elektrische Energie in einem Energiespeicher speichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb genutzt wird, wobei Funktionen der Verbrennungskraftmaschine, des elektrischen Fahrantriebs und des Energiespeichers mittels einer Steuereinheit gesteuert werden. Dabei wird der Fahrzeugführer über eine im Hybridantriebsstrang verfügbare Leistungsreserve haptisch informiert.
  • Die DE 10 2004 061 263 A1 beschreibt ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrpedalverhaltens bei einem Kraftfahrzeug, bei dem ermittelt wird, ob eine fahrdynamische gefährliche Situation für das Fahrzeug vorliegt und bei Vorliegen einer fahrdynamisch gefährlichen Situation das Pedalverhalten des Fahrpedals beeinflusst wird.
  • Die DE 10 2007 032 722 A1 beschreibt ein Verfahren zur Betriebsoptimierung eines Kraftfahrzeugs durch haptische Interaktion mit einem Fahrer, bei dem in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs haptische Fahranweisungen zur Optimierung wenigstens einer vorbestimmten Betriebsgröße des Fahrzeugs über eine Pedalerie an den Fahrer übermittelt werden. Hierbei wird als Betriebsparameter zumindest ein Beschleunigungswunsch des Fahrers berücksichtigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs anzugeben, welches einen Fahrzeugführer schnell, intuitiv und somit effektiv über eine vom Brennstoffzellenantriebsstrang maximal abgebbare Fahrantriebsleistung informiert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Beim Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenantriebsstrang, wobei der Brennstoffzellenantriebsstrang mindestens eine Brennstoffzelle, einen elektrischen Energiespeicher und einen elektrischen Fahrantrieb umfasst, wobei Funktionen der Brennstoffzelle, des elektrischen Energiespeichers und des elektrischen Fahrantriebs mittels einer Steuereinheit gesteuert werden, wird der Fahrzeugführer erfindungsgemäß über eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang abgebbare Fahrantriebsleistung haptisch informiert. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln eine energieeffiziente Steuerung des Brennstoffzellenantriebsstrangs durch den Fahrzeugführer selbst ermöglicht, bei der der Fahrzeugführer anhand und/oder in Abhängigkeit einer maximal abgebbaren Fahrantriebsleistung direkt auf eine Verkehrs- und/oder Betriebssituation des Fahrzeugs mit Brennstoffzellenantriebsstrang reagieren kann.
  • Ein herkömmlicher Brennstoffzellenantriebsstrang umfasst zumindest eine Brennstoffzelle und einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Hochvoltbatterie und/oder einen Kondensator, um im Bedarfsfall zusätzliche Energie für den elektrischen Fahrantrieb zur Verfügung zu stellen, z. B. beim Beschleunigen, bei hohen Geschwindigkeiten, bei Bergfahrt oder bei einem so genannten Freeze Start. Dabei verfügen sowohl die Brennstoffzelle als auch der elektrische Energiespeicher über maximale elektrische Leistungen, die dem Fahrantrieb zur Verfügung zu stehen. Diese maximalen Leistungen hängen jedoch sehr stark von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs, beispielsweise einer Temperatur, einem Luftdruck, einem Ladezustand, ab. In Abhängigkeit der maximalen Leistungen von Brennstoffzelle und elektrischem Energiespeicher variiert eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang abgebbare Fahrantriebsleistung.
  • Durch die haptische Informationsvermittlung der maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang abgebbaren Fahrantriebsleistung ist eine bei herkömmlichen, visuell wahrnehmbaren Anzeigen oder Anzeigesymbolen auftretende Ablenkung des Fahrzeugführers von einer visuellen Beobachtung der Fahrzeugumgebung und/oder des Verkehrsgeschehens sicher vermieden.
  • Es ist allgemein bekannt, dass haptische Rückmeldungen am Fahrpedal des Fahrzeugs, deutlich besser vom Fahrzeugführer angenommen werden als Warnleuchten oder akustische Signale. Zudem werden haptische Signale schneller und intuitiver erfasst als optische oder akustische Signale.
  • Besonders vorteilhafterweise werden durch die Information des Fahrzeugführers über eine maximal abgebbare Fahrantriebsleistung die kognitiven Fähigkeiten des Fahrzeugführers zum Steuern und/oder Regeln des Brennstoffzellenantriebsstrangs genutzt.
  • Vorteilhafterweise ist eine Anzeige der maximal abgebbare Fahrantriebsleistung, beispielsweise mittels eines Kombinationsanzeigeinstruments, vermieden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellenantriebsstrangs und
  • 2 schematisch ein Fahrpedal mit einem elektromotorischen Antrieb.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellenantriebsstrangs 1, welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist, dargestellt.
  • Ein solcher herkömmlicher Brennstoffzellenantriebsstrang 1 umfasst zumindest eine Brennstoffzelle 2, einen elektrischen Energiespeicher 3, beispielsweise eine Hochvoltbatterie und/oder einen Kondensator, um im Bedarfsfall zusätzliche Energie für den elektrischen Fahrantrieb zur Verfügung zu stellen, und zumindest einen elektrischen Fahrantrieb 4, welcher mechanisch mit den Antriebsrädern 5 gekoppelt ist. Die Brennstoffzelle 2, der elektrische Energiespeicher 3 und der elektrische Fahrantrieb 4 sind untereinander elektrisch gekoppelt.
  • Eine Steuereinheit 6 steuert und/oder regelt den Betrieb des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 und ist dazu mit der Brennstoffzelle 2, dem elektrischen Energiespeicher 3 und dem elektrischen Fahrantrieb 4 gekoppelt. Zur Momentenvorgabe oder -anforderung an den Brennstoffzellenantriebsstrang 1 durch einen Fahrzeugführer ist die Steuereinheit 6 mit einem Fahrpedalmodul 7 verbunden. Das Fahrpedalmodul 7 ist dabei vorzugsweise als herkömmliches Fahrpedal mit einem integrierten mechanischen, motorischen, elektrischen, magnetischen und/oder elektromagnetischen Antrieb ausgebildet.
  • Ein solches, in diesem Ausführungsbeispiel elektromotorisch betriebenes Fahrpedalmodul 7 ist schematisch in der 2 dargestellt. Das Fahrpedalmodul 7 umfasst zumindest ein Fahrpedal 8, welches an einer Koppelstelle 9 schwenkbar mit einer Fahrzeugkarosserie 10 verbunden ist, und einen elektromotorischen Antrieb 11. Das Fahrpedal 8 ist beispielsweise als herkömmliches stehendes oder hängendes Fahrpedal ausgebildet, mittels dessen ein Fahrzeugführer eine Momentenanforderung an den Brennstoffzellenantriebsstrang 1 steuert und/oder regelt. Diese Momentenanforderung erfolgt durch ein Niederdrücken des Fahrpedals 8 mittel eines Fußes des Fahrzeugführers. Dadurch wirkt eine Pedalbetätigungskraft F auf das Fahrpedal 8 ein. Der elektromotorische Antrieb 11 ist mit der Steuereinheit 6 elektrisch gekoppelt und kann eine Pedalgegenkraft P auf das Fahrpedal 8 aufbringen. Die Pedalgegenkraft P kann mittels der Steuereinheit 6 variiert werden und wirkt der Pedalbetätigungskraft F entgegen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann mittels des elektromotorischen Antriebs 11 ein Pedalbetätigungsweg W am Fahrpedal 8 eingestellt werden.
  • Im Betrieb des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 verfügen sowohl die Brennstoffzelle 2 als auch der elektrische Energiespeicher 3 über maximale elektrische Leistungen, die dem elektrischen Fahrantrieb 4 zur Verfügung stehen. Diese maximalen Leistungen hängen jedoch sehr stark von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs, beispielsweise einer Temperatur, einem Luftdruck oder einem Ladezustand ab. In Abhängigkeit der maximalen Leistungen von Brennstoffzelle 2 und elektrischem Energiespeicher 3 variiert dadurch eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang 1 abgebbare Fahrantriebsleistung.
  • Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine variiert eine maximale Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 in Abhängigkeit der Betriebszustände der einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1. Somit ist die maximale Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor nicht immer gleich groß. Auf Grund dieser variierenden maximalen Fahrantriebsleistung ist eine Information des Fahrzeugführers über die maximal verfügbare Fahrantriebsleistung besonders vorteilhaft.
  • Die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1, beispielsweise die Brennstoffzelle 2, der elektrische Energiespeicher 3 und/oder der elektrische Fahrantrieb 4 werden mittels der Steuereinheit 6 in Abhängigkeit ihrer Betriebsparameter gesteuert und/oder geregelt.
  • Die maximale Fahrantriebsleistung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel ausschließlich vom elektrischen Fahrantrieb 4 erzeugt. Die maximale Fahrantriebsleistung ist insbesondere von einer Spannung und/oder einer Temperatur des elektrischen Fahrantriebs 4 abhängig.
  • Eine maximale Batterieentladeleistung, welche die vom elektrischen Energiespeicher 3 maximal abgebbare elektrische Leistung angibt, ist von einem Batterieladezustand, einer Batterietemperatur, einer Batterieleerlaufspannung und/oder einem Batterieinnenwiderstand abhängig.
  • Die maximale Leistung der Brennstoffzelle 2 ist von einer Temperatur und einem Luftdruck abhängig.
  • Im Betrieb des Verfahrens wird eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang 1 abgebbare Fahrantriebsleistung ermittelt und der Fahrzeugführer wird haptisch über diese maximale Fahrantriebsleistung informiert. Dabei wird die maximale Fahrantriebsleistung mittels der Steuereinheit 6 in Abhängigkeit der Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs und der Betriebsparameter der Komponenten des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 stetig ermittelt.
  • Anhand der ermittelten maximalen Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 wird eine variabel einstellbare Pedalgegenkraft P auf das Fahrpedal 8 aufgebracht. Die Pedalgegenkraft P wird in Abhängigkeit der ermittelten maximalen Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 mittels der Steuereinheit 6 geregelt und/oder gesteuert. Die Pedalgegenkraft P wirkt der Pedalbetätigungskraft F, welche der Fahrzeugführer auf das Fahrpedal 8 aufbringt, entgegen. Der Fahrzeugführer erhält somit eine direkte, haptische Information über die aktuelle maximale Fahrantriebsleistung und kann deren Wert berücksichtigen und anhand und/oder in Abhängigkeit der verfügbaren maximalen Fahrantriebsleistung direkt auf eine Verkehrs- und/oder Betriebssituation reagieren.
  • Steht eine große maximale Fahrantriebsleistung im Brennstoffzellenantriebsstrang 1 zur Verfügung, wird beispielsweise eine große Pedalgegenkraft P eingestellt. Steht eine geringe maximale Fahrantriebsleistung im Brennstoffzellenantriebsstrang 1 zur Verfügung, wird beispielsweise eine verringerte Pedalgegenkraft P eingestellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann anhand der ermittelten maximalen Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 ein variabel einstellbarer Pedalbetätigungsweg W am Fahrpedal 8 eingestellt werden. Der Pedalbetätigungsweg W wird in Abhängigkeit der ermittelten maximalen Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 mittels der Steuereinheit 6 geregelt und/oder gesteuert. Der Fahrzeugführer erhält somit eine direkte, haptische Information über die aktuelle maximale Fahrantriebsleistung und kann deren Wert berücksichtigen und anhand und/oder in Abhängigkeit der verfügbaren maximalen Fahrantriebsleistung direkt auf eine Verkehrs- und/oder Betriebssituation reagieren.
  • Steht eine große maximale Fahrantriebsleistung im Brennstoffzellenantriebsstrang 1 zur Verfügung, wird beispielsweise ein großer Pedalbetätigungsweg W eingestellt. Steht eine geringe maximale Fahrantriebsleistung im Brennstoffzellenantriebsstrang 1 zur Verfügung, wird beispielsweise ein verringerter Pedalbetätigungsweg W am Fahrpedal 8 eingestellt.
  • Die maximale Fahrantriebsleistung des Brennstoffzellenantriebsstrangs 1 wird von der Steuereinheit 6 kontinuierlich in Abhängigkeit der Betriebsparameter der einzelnen Komponenten des Hybridantriebsstrangs 1 und der Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs ermittelt.
  • In einer besonders vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsvariante können bei der Ermittlung der maximalen Fahrantriebsleistung auch prädiktive Parameter berücksichtigt werden. Befährt das Fahrzeug beispielweise eine längere Steigungsstrecke sinkt die maximale Batterieentladeleistung signifikant ab. Daraus resultiert eine verringerte maximale Fahrantriebsleistung.
  • In einer besonders vorteilhaften, nicht näher dargestellten Ausführungsvariante wird eine maximal einstellbare Geschwindigkeit einer herkömmlichen Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs, auch als Tempomat bezeichnet, in Abhängigkeit der maximalen Fahrantriebsleistung vorgegeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010029199 A1 [0002]
    • DE 102010049912 A1 [0003]
    • DE 102004061263 A1 [0004]
    • DE 102007032722 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellenantriebsstrang (1), wobei der Brennstoffzellenantriebsstrang (1) mindestens eine Brennstoffzelle (2), einen elektrischen Energiespeicher (3) und einen elektrischen Fahrantrieb (4) umfasst, wobei Funktionen der Brennstoffzelle (2), des elektrischen Energiespeichers (3) und des elektrischen Fahrantriebs (4) mittels einer Steuereinheit (6) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugführer über eine maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang (1) abgebbare Fahrantriebsleistung haptisch informiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als haptische Information an einem Fahrpedal (8) des Fahrzeugs eine einer Pedalbetätigungskraft (F) entgegen wirkende Pedalgegenkraft (P) erzeugt wird, wobei die Pedalgegenkraft (P) in Abhängigkeit der ermittelten maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang (1) abgebbaren Fahrantriebsleistung geregelt und/oder gesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als haptische Information an einem Fahrpedal (8) des Fahrzeugs ein veränderbarer Pedalbetätigungsweg (W) eingestellt wird, wobei der Pedalbetätigungsweg (W) in Abhängigkeit der ermittelten maximal vom Brennstoffzellenantriebsstrang (1) abgebbaren Fahrantriebsleistung geregelt und/oder gesteuert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Fahrantriebsleistung in Abhängigkeit der Betriebsparameter der einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenantriebsstrangs (1) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Fahrantriebsleistung mittels der Steuereinheit (6) stetig oder kontinuierlich ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der maximalen Fahrantriebsleistung prädiktive Parameter berücksichtigt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pedalbetätigungsweg (W) und/oder die Pedalgegenkraft (P) des Fahrpedal (8) während des Fahrzeugbetriebs dynamisch eingestellt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pedalbetätigungsweg (W) und/oder die Pedalgegenkraft (P) des Fahrpedal (8) mechanisch, motorisch, elektrisch, magnetisch und/oder elektromagnetisch gesteuert und/oder geregelt eingestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal einstellbare Geschwindigkeit einer Geschwindigkeitsregelanlage des Fahrzeugs in Abhängigkeit der maximalen Fahrantriebsleistung vorgegeben wird.
DE102012007057A 2012-04-05 2012-04-05 Verfahren zur Information eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs Withdrawn DE102012007057A1 (de)

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