DE102012216089A1

DE102012216089A1 - Verfahren und Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb

Info

Publication number: DE102012216089A1
Application number: DE102012216089.2A
Authority: DE
Inventors: Marcus Fehling; Gunter Freitag; Karl-Josef Kuhn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13
Also published as: CN103802674A; US20140074336A1; CN103802674B; JP6066082B2; FR2995262B1; JP2014057508A; US9254841B2; FR2995262A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft eine Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb, das Fahrzeug umfassend einen Antriebsenergiespeicher (HVB) zur Zusammenwirkung mit einer elektrischen Antriebsmaschine (M), wobei die elektrische Antriebsmaschine in einem Motorbetrieb und/oder in einem Generatorbetrieb betreibbar ist, das Fahrzeug umfassend eine Mehrzahl von elektrisch aktuierbaren Aktoren, umfassend folgende Schritte: a) ermitteln eines Ausfalls des Antriebsenergiespeichers (HVB); b) aktivieren des Generatorbetriebs der Antriebsmaschine (M) in Folge des Ausfalls; b) bestimmen eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs; c) bestimmen von zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs; d) ermitteln eines zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor; e) regeln des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine unter Berücksichtigung der jeweils für eine Durchführung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik benötigten elektrischen Energie der erforderlichen Aktoren; und; f) ansteuern der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren mit der bestimmten Aktorendynamik bis der sichere Betriebszustand des Fahrzeugs erreicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb.
Fahrzeuge mit elektrischen Antriebsmaschinen werden künftig weite Verbreitung finden. Für Fahrzeuge mit Elektro- oder Hybridantrieb hat es sich bewährt, eine elektrische Antriebsmaschine in einem Spannungsbereich von 100 bis 800 V zu betreiben. Dies stellt im Vergleich zu üblichen Bordnetzen von Kraftfahrzeugen, die in einem üblichen Spannungsbereich um 12 bis 24 Volt arbeiten, eine Hochspannung dar.
Ein der Antriebsmaschine zugeordnetes Bordnetz wird üblicherweise als Hochvoltnetz und ein im üblichen Spannungsbereich arbeitendes Bordnetz als Niedervoltnetz bezeichnet. Hochvoltnetz und Niedervoltnetz sind in einem derartigen Elektro- oder Hybridfahrzeuge zu einem Mehrspannungsbordnetz kombiniert.
Elektro- oder Hybridfahrzeuge, im Folgenden: Fahrzeuge, sind mehrheitlich mit einem Antriebsenergiespeicher ausgestattet, welcher dem Hochvoltkreis des Fahrzeugs zugeordnet ist. Daher wird auf diesen Antriebsenergiespeicher auch mit dem Begriff Hochvolt-Energiespeicher Bezug genommen.
Der Antriebsenergiespeicher unterliegt üblicherweise sowohl während als auch außerhalb des Fahrbetriebs umfangreichen Diagnosemaßnahmen. So muss beispielsweise ein Fehler im Antriebsenergiespeicher und eine damit verkürzte Restfahrstrecke rechtzeitig einem Fahrzeugführer angezeigt werden, damit das Fahrzeug nicht mit leerem Antriebsenergiespeicher in abseitigen Gebieten zum Stillstand kommt. Folglich ist zu unterstellen, dass der Antriebsenergiespeicher eine hinreichend gut überwachte Komponente im Fahrzeug darstellt.
Ein Ausfall des Antriebsenergiespeichers kann dramatische Konsequenzen nach sich ziehen, wenn das Fahrzeug mit ausschließlich elektrisch aktuierbaren Brems- und/oder Lenkaktoren, in der Fachwelt auch unter dem Begriff »Brake-by-Wire« bzw. »Steer-by-Wire« bekannt, ausgestattet ist.
Die bezeichneten Bremsaktoren machen eine konventionelle Bremshydraulik überflüssig. Der Fahrzeugführer betätigt zwar wie gewohnt ein Bremspedal des Fahrzeugs, er tritt jedoch gegen eine Feder bzw. eine von der Feder erzeugte Federkraft an, die ihm das gewohnte Pedalgefühl lediglich simuliert. In einer Steuereinheit des Fahrzeugs wird hieraus eine Bremskraft für jedes Rad des Fahrzeugs berechnet. An den einzelnen Rädern wird eine Anpresskraft von Bremsbelägen der Bremseinheiten an eine Bremsscheibe durch eine elektromechanische Einheit, bestehend aus Elektromotor und Spindel, erzeugt.
Die bezeichneten Lenkaktoren machen konventionelle Übertragungsmechaniken wie Spurstangen überflüssig. Ein vom Fahrzeugführer an die Lenkeinrichtung angelegter Lenkwunsch wird nicht direkt mechanisch an das Lenkgetriebe und damit letztendlich an zu lenkende Räder angelegt, sondern indirekt über einen Lenkaktor.
Aus Synergiegründen ist es sinnvoll, den Antriebsenergiespeicher auch zur Energieversorgung der elektrisch aktuierbaren Brems- und Lenkaktoren heranzuziehen. Da der Antriebsenergiespeicher hinreichend gut überwacht ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Energieversorgung der elektrisch aktuierbaren Aktoren in einem normalen Fahrbetrieb gewährleistet ist.
Ein plötzlicher Ausfall des Antriebsenergiespeichers bei voller Fahrt des Fahrzeugs hätte jedoch zur Folge, dass Lenk- oder Bremsbefehle des Fahrzeugführers von den Brems- und/oder Lenkaktoren nicht ausgeführt werden. Ein weiteres Problem bei einem Ausfall des Antriebsenergiespeichers ist die Versorgung von elektrisch aktuierbaren Kühlmittelaktoren bzw. Kühlmittelpumpen mit elektrischem Strom. Ein Ausfall des Antriebsenergiespeichers kann eine Überhitzung und Zerstörung der Antriebsmaschine und diesem zugeordnete Leistungselektronikkomponenten zur Folge haben.
Für einen Notbetrieb sind daher Alternativen aufzuzeigen, die eine Redundanz in der elektrischen Energieversorgung derjenigen Aktoren ermöglichen, welche unerlässlich oder geeignet sind, das Fahrzeug in einen sicheren Betriebszustands zu überführen. Auf diese Aktoren, welche die bezeichneten Brems-, Lenk- und Kühlmittelaktoren einschließen, wird im Weiteren fallweise als »erforderliche Aktoren« verwiesen.
Aus vielerlei Gründen ist ein weiterer, redundanter Antriebsenergiespeicher in einem Hochvoltkreis aus wirtschaftlichen Gründen nicht praktikabel. Zum einen erfordert ein Hochvolt-Energiespeicher einen erheblichen Raumbedarf im Fahrzeug, welcher üblicherweise nicht zur Verfügung steht. Weiterhin ist das Gewicht eines üblichen Hochvolt-Energiespeichers so beachtlich, dass eine Verbauung von zwei Energiespeichern schon aus Gewichtsgründen unwirtschaftlich ist. Schließlich spielen auch Kostenerwägungen eine entscheidende Rolle, eine redundante Versorgung des Hochvoltkreises mit zwei Antriebsenergiespeichern auszuschließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb zu schaffen, welche geeignet sind, das Fahrzeug in einen sicheren Betriebszustand zu überführen, ohne einen redundante Antriebsenergiespeicher vorzusehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch eine Steuereinheit mit den Mitteln des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Fahrzeug mit den Mitteln des Patentanspruchs 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende ohne Beachtung der dargestellten Reihenfolge durchführbare Verfahrensschritte vor:

a) ermitteln eines Ausfalls des Antriebsenergiespeichers;
b) aktivieren des Generatorbetriebs der Antriebsmaschine in Folge des Ausfalls;
c) bestimmen eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs;
d) bestimmen von zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs;
e) ermitteln eines zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor;
f) regeln des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine unter Berücksichtigung der jeweils für eine Durchführung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik benötigten elektrischen Energie der erforderlichen Aktoren; und;
g) ansteuern der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren mit der bestimmten Aktorendynamik bis der sichere Betriebszustand des Fahrzeugs erreicht ist.

Gemäß einem einleitenden Verfahrensschritt a) erfolgt eine Ermittlung, ob ein Ausfall des Arbeitsenergiespeichers vorliegt. Ein solcher Ausfall wird beispielsweise durch einen Spannungsabfall im Hochvolt-Bordnetz detektiert. Liegt ein Ausfall des Arbeitsenergiespeichers vor, werden die weiteren Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Beachtung der dargestellten Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß einem weiteren Schritt b) ist vorgesehen, die Antriebsmaschine in Folge des Ausfalls in einen Generatorbetrieb zu überführen, welcher auch als Rekuperationsbetrieb bezeichnet wird. Im Zuge einer solchen Rekuperation wird kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie gewandelt. Die Rekuperation zieht also zwei gewünschte Effekte nach sich, einerseits eine Versorgung des Hochvoltnetzes mit elektrischer Energie als Ersatz für die ausgefallene elektrische Energie, welche durch den nunmehr ausgefallenen Arbeitsenergiespeicher geliefert wurde und andererseits eine Abbremsung des Fahrzeugs aufgrund der Rekuperation, welche mithin einen Beitrag leistet, das Fahrzeug abzubremsen und in einen sicheren Betriebszustand zu bringen.
Gemäß Verfahrensschritt c) erfolgt eine Bestimmung eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs, welche beispielsweise die Fahrdynamik des Fahrzeugs auf Basis eines Fahrerwunsches beinhaltet.
In einem weiteren Verfahrensschritt d) erfolgen eine Bestimmung der zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs. Eine solche Bestimmung umfasst beispielsweise eine Berechnung der optimalen Radgeschwindigkeiten, eine Berechnung der optimalen Bremsleistung sowie eine Berechnung eines optimalen Lenkwinkels mit dem Ziel, das Fahrzeug in einen sicheren Betriebszustand, beispielsweise zum Stillstand, zu bringen, falls es die aktuelle Fahrdynamik und/oder die aktuelle Verkehrssituation erlauben.
In einem weiteren Verfahrensschritt e) erfolgt eine Ermittlung eines erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweils erforderlichen Aktor, welcher jeweils notwendig ist, den sicheren Betriebszustand herzustellen. Mit anderen Worten dient dieser Verfahrensschritt einer Berechnung der Energie, die mindestens benötigt wird, um die Aktoren mit der bestimmten Aktorendynamik zu betreiben.
In einem weiteren Verfahrensschritt f) erfolgt eine Regelung des anteiligen Generatorbetriebs, mit anderen Worten, der Rekuperation, der Antriebsmaschine unter Berücksichtigung der jeweils für eine Durchführung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik benötigten elektrischen Energie der erforderlichen Aktoren. Dieser Schritt ermöglicht eine graduelle Einstellung des Generatormodus, welcher sich nach dem Bedarf der erforderlichen Aktoren richtet. Mit einer solchen Maßnahme wird durch die im Generatorbetrieb arbeitende Arbeitsmaschine nur soviel elektrische Energie zur Verfügung gestellt, wie notwendig ist, um durch die erforderliche Aktorendynamik das Fahrzeug in den sicheren Betriebszustand zu überführen. Ein graduelles Regeln der Rekuperation hat den Vorteil, eine abrupte Rekuperation zu vermeiden, welche zu einer Destabilisierung des Fahrzeugs aufgrund einer abrupten Verzögerung führen könnte.
In einem letzten Verfahrensschritt g) erfolgt schließlich die Ansteuerung der Aktoren mit der zuvor bestimmten Aktorendynamik, bis der sichere Betriebszustand des Fahrzeugs erreicht ist.
Zur Reihenfolge der Verfahrensschritte ist anzumerken, dass lediglich Schritt a) als Beginn des Verfahrens konstituierend sind, während die anderen Verfahrensschritte aufgrund eines weitgehend unbestimmten, zeitgleichen und/oder überlappenden Durchführungszeitpunkts nach dem Belieben des Fachmanns zeitlich anzusetzen sind. Beispielsweise kann eine Durchführung des Schritts b), also eine Rekuperation in einem Generatorbetrieb auch erst dann durchgeführt werden, sobald die Bestimmungs- und Ermittlungsschritte b), c), d) und/oder e) gestartet oder abgeschlossen sind.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Nutzung des Antriebsenergiespeichers in einem Generatormodus eine Vorsehung eines redundanten Antriebsenergiespeichers hinfällig macht. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Gewicht, Kosten und Bauraum.
Durch die Vorsehung eines graduellen Generatorbetriebs wird in vorteilhafter Weise nur soviel elektrische Energie durch die Antriebsmaschine erzeugt, wie für eine Versorgung der erforderlichen Aktoren benötigt wird. Auf diese Weise kann eine Verlustwärme der Antriebsmaschine auf ein Minimum reduziert werden und eine zu starke Verzögerungswirkung in Folge einer vollständigen Rekuperation vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass bei Eintritt eines Notbetriebs, also insbesondere einem vollständigen Ausfall des Antriebsenergiespeichers während einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs, ein Fahrzeugführer ausreichend unterstützt wird, das Fahrzeug unter Beibehaltung einer Lenkfähigkeit zum Stillstand zu bringen. Gleichzeitig wird dem Fahrzeugführer oder einem Fahrzeugassistenzsystem ausreichen Handlungsspielraum zur Verfügung gestellt, um Anhalteweg und Anhalteort des Fahrzeugs zu bestimmen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, eine Bestimmung einer aktuellen Fahrdynamik auf Basis einer Fahrdynamikvorgabe durch den Fahrzeugführer einzuschließen. Eine Bestimmung der aktuellen Fahrdynamik erfolgt beispielsweise durch eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs, einen am Fahrzeug auftretenden Schlupf und/oder eine Gierrate des Fahrzeugs. Die Fahrdynamikvorgabe durch einen das Fahrzeug führenden Fahrzeugführer umfasst beispielsweise eine Bremsvorgabe des Fahrzeugsführers und/oder eine Lenkvorgabe des Fahrzeugsführers.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, zur Bestimmung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik eine Bestimmung einer Radgeschwindigkeit für mindestens ein jeweiliges Rad des Fahrzeugs vorzusehen. Weiterhin ist eine Bestimmung einer Bremsleistung für mindestens ein jeweiliges Rad des Fahrzeugs sowie eine Bestimmung eines Winkels vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, eine Ansteuerung der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren so zu gestalten, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs durch ein Ansteuern eines Bremsaktors so mit dem Bedarf an elektrischer Energie der übrigen erforderlichen Aktoren abgestimmt wird, dass die Verzögerung des Fahrzeugs nicht zu einer Destabilisierung führt.
Beispielweise kann in kritischen Fahrsituationen wie Kurvenfahrt, Fahrt auf Eis, Schnee, Schotter usw. zur Vermeidung einer Destabilisierung des Fahrzeugs bedingt durch die Verzögerungswirkung der Rekuparation vorgesehen sein, dass eine Abstimmung mit Dynamikregelfunktionen erfolgt, insbesondere mit den Funktionen zur Ansteuerung der Reibbremsen. Die Besonderheit dieser Abstimmung besteht darin, dass die Verzögerung durch die Rekuperation mit dem Stromverbrauch der für Brems- und Lenkmanöver und Kühlanforderungen angeforderten Strom abgestimmt wird wobei Anforderungen aus der Dynamikregelung gegenübergestellt werden und dann die Bremskraftverteilung abgestimmt wird.
Diese Abstimmung kann auch beinhalten, wie in den beiden folgenden Ausführungsvarianten dargestellt, dass die Abstimmung dynamisch in den Stromverbrauch der Lenkaktoren, z.B. durch graduelle Reduzierung der Lenkkraftunterstützung, und/oder der Kühlmittelpumpen, z.B. durch Erhöhung oder Reduzierung der Durchflussmenge, eingreifen kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, das Ansteuern des Bremsaktors so zu gestalten, dass zu Gunsten dessen Bedarf an elektrischer Energie eine Reduzierung der elektrischen Energie im Ansteuern des Lenkaktors hinsichtlich einer Lenkkraftunterstützung vorgesehen ist. Eine solche Maßnahme gibt dem Bremsaktor oberste Priorität für den Fall, dass nicht ausreichend elektrische Energie für nebengeordnete Aktoren zur Verfügung stellt, welche in ihrer Wichtigkeit hinter den Bremsaktoren zurücktreten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verzögerung durch den Bremsaktor so mit einem Bedarf an elektrischer Energie der übrigen erforderlichen Aktoren abgestimmt wird, dass die Verzögerung des Fahrzeugs nicht zu einer Überhitzung führt. Diese Abstimmung versteht sich also insbesondere mit der Kühlmittelpumpe, welche ebenfalls ein Aktor im Sinne dieser Darstellung ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Idee ist vorgesehen, eine Ermittlung eines Gesamtbedarfs an elektrischer Energie mit der Maßgabe zu wiederholen, einzelnen Aktoren eine geringere elektrische Energie zuzuweisen als ursprünglich ermittelt, sofern diese einzelnen Aktoren eine Herstellung des sicheren Betriebszustands auch mit einer geringeren elektrischen Energie zu leisten vermögen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele sowie weitere Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Zusammenwirkens elektrischer Komponenten in einem Fahrzeug; und;
2: ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Mehrspannungsbordnetzes in einem Fahrzeug. Auf einer im Wesentlichen den gesamten Raum der 1 einnehmenden Darstellung ist ein Hochvoltnetz dargestellt.
An das Hochvoltnetz ist ein Antriebsenergiespeicher HVB, eine Mehrzahl von Aktoren A1, ..., A5, eine Kühlmittelpumpe COL, sowie, über einen Inverter ACD bzw. AC/DC Wandler eine elektrische Antriebsmaschine M abgeschlossen. Durch einen Gleichspannungswandler DCD wird eine Spannungswandlung von der Hochvoltnetzspannung, z.B. 400 oder 800 Volt Gleichstrom auf eine für ein Niedervoltnetz vorgesehene Bordnetzspannung erwirkt. Für das Niedervoltnetz ist üblicherweise eine Gleichspannung in Höhe von 12 Volt vorgesehen. Das Niedervoltnetz ist lediglich durch zwei parallele auslaufende Linien im rechten Rand der 1 versinnbildlicht. Auf das Niedervoltnetz wird in der Fachwelt zuweilen auch mit dem Begriff Sekundärnetz Bezug genommen.
Als Aktor im Sinne dieser Beschreibung ist eine elektromechanische Funktionseinheit zu verstehen, welche unter Zuführung von elektrischer Energie auf Basis eines durch eine – nicht dargestellte – Steuereinheit übermittelten Befehls eine mechanische Bewegung oder andere physikalische Größen umsetzt. Zu den vorgenannten Aktoren zählen beispielsweise ein Lenkaktor A1 sowie vier Bremsaktoren A2, ..., A4. Auch die Kühlmittelpumpe COL ist ein Aktor im vorgenannten Sinn.
2 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb gemäß einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung.
In einem ersten Entscheidungsschritt 10 wird eine Verfügbarkeit des Antriebsenergiespeichers laufend überprüft. Solange der Antriebsenergiespeicher (Entscheidungsalternative Y wie »Yes« bzw. »Ja«) ist kein Verfahrensschritt zur Ansteuerung der Aktoren des Fahrzeugs in einem Notbetrieb erforderlich, das Verfahren endet mit einem vorläufigen Beendigungsschritt 11. Ist der Antriebsenergiespeichers während eines Fahrbetriebs nicht weiter verfügbar (Entscheidungsalternative N bzw. »Nein«) bzw. liegt ein Ausfalls des Antriebsenergiespeichers, wird ein Notbetrieb 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gestartet.
In einem weiteren Schritt 30 erfolgt eine Bestimmung eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs, also eine Bestimmung fahrdynamischer Aktivitäten auf Basis von Vorgaben des Fahrzeugführers. Hierzu werden die Parameter Geschwindigkeit 31, Lenkwinkel 32, Schlupf 33, Gierrate 34, Bremsvorgabe des Fahrzeugführers 35 und Lenkvorgabe des Fahrzeugführers 36 ausgewertet.
Anschließend werden die zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs bestimmt. Hierzu erfolgt eine Berechnung 37 der optimalen Radgeschwindigkeiten getrennt für alle Räder, eine Berechnung 38 der optimalen Bremsleistung getrennt für alles Räder und eine Berechnung 39 des optimalen Lenkwinkels.
Anschließend erfolgt eine Ermittlung 40 des zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor auf Basis der ermittelten Aktorendynamik.
In einer darauf folgenden Berechnung 50 wird ein Bedarf an elektrischer Energie ermittelt, welche mindestens benötigt wird, um die wichtigsten anderen Aktoren zu betreiben.
Diese Berechnung 50 umfasst einerseits eine Berechnung 51 der zur Vermeidung einer kritischen Temperatur der Antriebsmaschine und des Inverters erforderlichen Pumpendrehzahl und andererseits eine Berechnung 52 des Mindestenergieverbrauchs von Niedervoltnetz-Komponenten.
Zur Berechnung 51 der zur Vermeidung einer kritischen Temperatur der Antriebsmaschine und des Inverters erforderlichen Pumpendrehzahl werden die Parameter Motortemperatur 53, Invertertemperatur 54, Kühlwassertemperatur im Motor 55 sowie Kühlwassertemperatur im Inverter 56 abgefragt.
Zur Berechnung 52 des Mindestenergieverbrauchs von Niedervoltnetz-Komponenten wird der Energieverbrauch des Gleichstromwandlers 57 abgefragt.
Es erfolgt eine Berechnung 60 des Gesamtbedarfs an Energie und eine Berechnung 70 des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine, also des Grades an Rekuperation.
In einem Entscheidungsschritt 80 wird ermittelt, ob der gemäß Schritt 70 ermittelte Energiebedarf durch Rekuperation gedeckt werden kann.
Kann der ermittelte Energiebedarf nicht durch Rekuperation gedeckt werden (Entscheidungsalternative N bzw. »Nein«), werden in einem Bestimmungsschritt 81 Degradationsvorgaben von Verbrauchern nach Prioritätsklasse berechnet und die Berechnung 60 des Gesamtbedarfs an Energie und eine Berechnung 70 des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine noch einmal wiederholt, um schließlich erneut den Entscheidungsschritt 80 mit Prüfung, ob der ermittelte Energiebedarf durch Rekuperation gedeckt werden kann, durchlaufen.
Bei der Bestimmung 81 Degradationsvorgaben wird überprüft, ob eine Verzögerung des Fahrzeugs durch Rekuperation, gegebenenfalls auch durch ein Ansteuern eines Bremsaktors, so mit dem Bedarf an elektrischer Energie der übrigen erforderlichen Aktoren in Einklang zu bringen ist, dass ein sicherer Betriebszustand erreichbar ist. Hierbei ist eine Priorisierung derart vorgesehen, dass beispielsweise Brems- und Lenkaktoren Vorrang vor nebenrangigen Aktoren eingeräumt wird.
Eine Ermittlung des Gesamtbedarfs an elektrischer Energie wird also mindestens einmal mit der Maßgabe wiederholt, einzelnen Aktoren eine geringere elektrische Energie zuzuweisen als in Schritt 60 ermittelt, sofern diese einzelnen Aktoren zugewiesene geringere elektrische Energie eine Herstellung des sicheren Betriebszustands noch gewährleist.
Kann der ermittelte Energiebedarf durch Rekuperation gedeckt werden (Entscheidungsalternative Y wie »Yes« bzw. »Ja«) werden in einem Schritt 90 die Degradationsvorgaben in die Register der betroffenen Aktoren geschrieben und in einem Schritt 100 die Rekuperation aktiviert.
In einem Entscheidungsschritt 110 wird ermittelt, ob das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, also ob der Parameter 112, welcher die Fahrzeuggeschwindigkeit beinhaltet gleich Null ist. Ist dies der Fall (Entscheidungsalternative Y bzw. »Yes« wie »Ja«), ist das Verfahren an seinem Endpunkt 111 angelangt. Ist dies nicht der Fall (Entscheidungsalternative N bzw. »Nein«), wird in Schritt 120 auf den Beginn 20 des Verfahrens verzweigt.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb, das Fahrzeug umfassend einen Antriebsenergiespeicher (HVB) zur Zusammenwirkung mit einer elektrischen Antriebsmaschine (M), wobei die elektrische Antriebsmaschine in einem Motorbetrieb und/oder in einem Generatorbetrieb betreibbar ist, das Fahrzeug umfassend eine Mehrzahl von elektrisch aktuierbaren Aktoren, umfassend folgende Schritte: a) ermitteln eines Ausfalls des Antriebsenergiespeichers (HVB); b) aktivieren des Generatorbetriebs der Antriebsmaschine (M) in Folge des Ausfalls; b) bestimmen eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs; c) bestimmen von zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs; d) ermitteln eines zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor; e) regeln des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine unter Berücksichtigung der jeweils für eine Durchführung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik benötigten elektrischen Energie der erforderlichen Aktoren; und; f) ansteuern der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren mit der bestimmten Aktorendynamik bis der sichere Betriebszustand des Fahrzeugs erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des aktuellen Fahrzustands eine Bestimmung einer aktuellen Fahrdynamik auf Basis einer Fahrdynamikvorgabe durch einen das Fahrzeug führenden Fahrzeugführer einschließt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bestimmung der aktuellen Fahrdynamik – eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs; – einen Lenkwinkel des Fahrzeugs; – einen am Fahrzeug auftretenden Schlupf; und/oder; – eine Gierrate des Fahrzeugs einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Fahrdynamikvorgabe durch einen das Fahrzeug führenden Fahrzeugführer – einen Bremsvorgabe des Fahrzeugführers; und/oder; – einen Lenkvorgabe des Fahrzeugführers einschließt.
Verfahren nach einem der vorgenannte Ansprüche, wobei das Bestimmen der jeweils erforderliche Aktorendynamik gemäß Schritt c) – eine Bestimmung einer Radgeschwindigkeit für mindestens ein jeweiliges Rad des Fahrzeugs; – eine Bestimmung einer Bremsleistung für mindestens ein jeweiliges Rad des Fahrzeugs; und/oder; – eine Bestimmung eines Lenkwinkels einschließt.
Verfahren nach einem der vorgenannte Ansprüche, wobei das Ansteuern der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren so erfolgt, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs durch ein Ansteuern eines Bremsaktors so mit dem Bedarf an elektrischer Energie der übrigen erforderlichen Aktoren abgestimmt wird, dass die Verzögerung des Fahrzeugs nicht zu einer Destabilisierung des Fahrzeugs führt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ansteuern des Bremsaktors so erfolgt, dass zugunsten dessen Bedarfs an elektrischer Energie eine Reduzierung der elektrischen Energie im Ansteuern des Lenkaktors hinsichtlich einer Lenkkraftunterstützung vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorgenannte Ansprüche 6 bis 7, wobei das Ansteuern des Bremsaktors so erfolgt, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs durch den Bremsaktor so mit einem Bedarf an elektrischer Energie der übrigen erforderlichen Aktoren, insbesondere einer Kühlmittelpumpe, abgestimmt wird, dass die Verzögerung des Fahrzeugs nicht zu einer Überhitzung des Fahrzeugs führt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei aus dem erforderlichen Bedarf an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor ein Gesamtbedarf an elektrischer Energie ermittelt wird, welcher zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Ermittlung eines Gesamtbedarfs an elektrischer Energie mindestens einmal mit der Maßgabe wiederholt wird, einzelnen Aktoren eine geringere elektrische Energie zuzuweisen als in Schritt d) ermittelt, sofern diese einzelnen Aktoren zugewiesene geringere elektrische Energie eine Herstellung des sicheren Betriebszustands noch gewährleist.
Steuereinheit zur Ansteuerung von Aktoren eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb, das Fahrzeug umfassend: – einen Antriebsenergiespeicher (HVB) zur Zusammenwirkung mit einer elektrischen Antriebsmaschine (M), wobei die elektrische Antriebsmaschine in einem Motorbetrieb und/oder in einem Generatorbetrieb betreibbar ist; und; – eine Mehrzahl von elektrisch aktuierbaren Aktoren; die Steuereinheit umfassend: – eine Sensoreinheit zur Ermittlung eines Ausfalls des Hochvolt-Energiespeichers; – eine Aktivierungseinheit zur Aktivierung des Generatorbetriebs der Antriebsmaschine in Folge des Ausfalls; – Eine Fahrdynamikbestimmungseinheit zur Bestimmung der zur Herstellung eines sicheren Betriebszustands des Fahrzeugs erforderlichen Aktoren und deren jeweils erforderliche Aktorendynamik auf Basis eines aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs; – eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Bedarfs an elektrischer Energie für einen jeweiligen erforderlichen Aktor; – eine Regeleinheit zur Regelung des anteiligen Generatorbetriebs der Antriebsmaschine unter Berücksichtigung der jeweils für eine Durchführung der jeweils erforderlichen Aktorendynamik benötigten elektrischen Energie der erforderlichen Aktoren; und; – eine Fahrdynamiksteuerungseinheit zur Ansteuerung der zur Herstellung des sicheren Betriebszustands erforderlichen Aktoren mit der bestimmten Aktorendynamik bis der sichere Betriebszustand des Fahrzeugs erreicht ist.
Steuereinheit nach Anspruch 11 mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Fahrzeug, umfassend eine Steuereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche 11 und 12.