DE102014209680B4

DE102014209680B4 - Kaskadierte Energiesteuerung elektrischer Größen von fahrdynamischen Regelsystemen zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102014209680B4
Application number: DE102014209680.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Kölbl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: DE102014209680A1

Abstract

Verfahren zur kaskadierten Energiesteuerung elektrischer Größen von elektrische Verbraucher umfassenden fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges, wobei Daten der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) und einer Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) ausgetauscht werden, welche Daten verarbeitet und als Fahrdynamik-Gesamtdaten über einen Datenkanal (6.1) einer Schnittstelle mit einer Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) austauscht, wobei die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) als ein einziger elektrischer Fahrdynamik-Gesamtverbraucher wirkt, wobei die zu steuernden elektrischen Größen- aktuelle und prädizierte Strom- und/oder Leistungsaufnahmen und/oder- aktuelle elektrische Aktuatorzustände der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiesteuerung elektrischer Größen von fahrdynamischen Regelsystemen zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges. Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die DE 103 47 684 A1 , die DE 11 2010 003 590 T5 , die DE 10 2006 026 404 A1 , die DE 10 2006 000 498 A1 , die DE 10 2004 007 985 A1 , die DE 102 13 261 A1 sowie die DE 39 36 638 C1 verwiesen.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Vielzahl verschiedener Systeme auf, welche entsprechend ihrer Funktion und ihrem aktuellen Betriebszustand mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Hierunter fallen z. B. das Beleuchtungssystem, zu dem unter anderem die Scheinwerfer, Rückleuchten, Blinker usw. gehören, eine Klimaanlage, ein Kommunikations- und/oder Entertainmentsystem, Scheibenwischerantriebe, fahrdynamische Regelsysteme oder sonstige Steuereinheiten. Unter dem Begriff „fahrdynamische Regelsysteme“ werden im Rahmen der Erfindung elektronisch gesteuerte Fahr(er)assistenzsysteme für Kraftfahrzeuge verstanden, welche durch gezielte Ansteuerung einzelner elektrischer Verbraucher (wie z. B. Elektromotoren, Elektromagnete, Schalteinrichtungen usw. enthaltende und damit elektrische Energie verbrauchende Fahrzeugbetriebsbauteile) der Fahrzustandsstabilisierung des Kraftfahrzeugs dienen, d. h. beispielsweise dafür sorgen, dass das Kraftfahrzeug zu jedem Zeitpunkt ein stabiles und für den Fahrer nachvollziehbares Verhalten aufweist. Hierunter fallen z. B. Verbraucher wie Betriebsbremse mit radindividueller Bremsdruckregelung, elektromechanische Servolenkung, elektromechanische Hinterachslenkung, elektromechanische Wankstabilisierung, elektromechanisch einstellbare Federn/Dämpfer usw.
Zur Steuerung von elektrischen Größen, wie Strom, Spannung, Energie, Leistung usw. dieser Systeme bzw. der Werte der betreffenden elektrischen Größen, die dem jeweiligen System im Energiebordnetz des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden, sind all diese Systeme, insbesondere auch die einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme, in der Praxis derzeit direkt oder alternativ über separate, einzelne Regelsystem-Energiesteuereinheiten mit separaten Schnittstellen an eine Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit angeschlossen. Diese Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit sorgt dafür, dass die elektrischen Ressourcen in geeigneter Weise allen Systemen zugeteilt werden, so dass die Funktionssicherheit der Systeme, zumindest aber der sicherheitsrelevanten Systeme, zu denen in der Regel auch die fahrdynamischen Regelsysteme gehören, gewährleistet ist. Die bedarfsgerechte Degradation der maximalen Strom- bzw. Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers eines fahrdynamischen Regelsystems (d. h. die Zuteilung der elektrische Energie) erfolgt dabei meist unabhängig davon, welche genaue Ausprägung der jeweilige elektrische Verbraucher (z. B. Typ, maximale Stromaufnahme) hat und welche weiteren Verbraucher des fahrdynamischen Regelsystemverbunds (z. B. Basisversus Vollausstattung) im Fahrzeug verbaut sind.
Diese direkte Anbindung aller einzelnen Systeme an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit hat verschiedene Nachteile. Durch die Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten der Systeme, insbesondere der fahrdynamischen Regelsysteme, und der daraus resultierenden Fahrzeugvarianten ergibt sich ein relativ hoher Aufwand bzgl. der Datenstandsverwaltung und der Absicherung der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit. Die Vielzahl an heterogenen, meist historisch gewachsenen Schnittstellen zwischen Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und den fahrdynamischen Regelsystemen bzw. deren einzelnen Regelsystem-Energiesteuereinheiten kann zudem u. U. die Robustheit des Systemverbundes beeinträchtigen. Des Weiteren ist ein Entfall bestehender oder eine Integration neuer fahrdynamischer Regelsysteme bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheit-Funktionalitäten mit einem höheren Änderungs- und Kostenaufwand seitens der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiesteuerung von elektrischen Größen der o. g. fahrdynamischen Regelsysteme eines Fahrzeuges derart weiterzubilden, dass diese einfacher aufgebaut sind, schneller und kostengünstiger hergestellt werden können sowie höhere Datenverarbeitungskapazitäten aufweisen und damit eine schnellere und effizientere Fahrdynamikregelung für Verbraucher elektrischer Energie ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sowie die weitere Beschreibung und Zeichnungen enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, die Ansprüche einer Kategorie entsprechend den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weiterzubilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine kaskadierte Steuerung elektrischer Größen (wie z. B. Strom, Spannung, Energie, Leistung) der elektrische Verbraucher umfassenden fahrdynamischen Regelsysteme zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges. Unter den Begriffen „kaskadiert“ oder „Kaskade“ wird dabei ein hierarchisches Verfahren bzw. System (unter Nutzung) von miteinander zumindest datenleitend verbundenen Hardware- und/oder Softwarekomponenten verstanden, welche der Steuerung der elektrischen Fahrzeugbetriebsbauteile bzw. elektrischen Verbraucher der fahrdynamischen Regelsysteme dienen. Insbesondere ist hierunter eine Vielzahl von hierarchisch gestuft seriell hintereinander befindlichen und miteinander datenleitend verbundenen Datensammel- und/oder Datenverarbeitungs-Ebenen zu verstehen. Der Begriff „Steuerung“ umfasst hier im Sinne der Erfindung sowohl eine einfache Steuerung der betreffenden elektrischen Größen als auch eine Regelung, d. h. die Steuerung einer Regelgröße unter Nutzung eines rückgekoppelten Wertes. Als elektrische Fahrzeugbetriebsbauteile sind im Übrigen auch elektronische Fahrzeugbetriebsbauteile zu verstehen, da diese auch als elektrische Verbraucher wirken.
Erfindungsgemäß werden Daten (Einzeldaten oder Kombinationsdaten) der zu steuernden elektrischen Größen, d. h. beispielsweise die Werte für die elektrischen Größen, der fahrdynamischen Regelsysteme zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen und einer „Fahrdynamik-Energiesteuereinheit“ ausgetauscht. Diese Fahrdynamik-Energiesteuereinheit verarbeitet zumindest einen Teil dieser Daten und tauscht sie erfindungsgemäß als Fahrdynamik-Gesamtdaten (z. B. als gewichtete Summe der Einzelwerte der einzelnen angeschlossenen fahrdynamischen Regelsysteme für die jeweils zu steuernde elektrische Größe) über einen Datenkanal einer, bevorzugt einzigen, Schnittstelle mit einer Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit aus. Dabei wirkt die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit in jeder Richtung, d. h. sowohl bei der Anforderung von Energie durch die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit als auch bei der Zuteilung von Energie an die Systeme, als ein einziger („virtueller“) elektrischer Fahrdynamik-Gesamtverbraucher. Die Schnittstelle kann dabei nur einen Datenkanal oder eine Mehrzahl von Datenkanälen umfassen.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur kaskadierten Steuerung elektrischer Größen von elektrische Verbraucher umfassenden fahrdynamischen Regelsystemen benötigt wie die bisher in der Praxis eingesetzten Steuerungssysteme eine Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit. Auf diese Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit greift nicht nur die erfindungsgemäße Fahrdynamik-Energiesteuereinheit zu, sondern auch weitere elektrische Energiesteuereinheiten z. B. für Verbrennungsmotor(en), Antriebsstrang oder Interieur (Anzeigen, Beleuchtung, Entertainment, Telekommunikation) oder Beleuchtung außen, Klima, Sitz-, Scheiben- und Spiegelheizung, Wischer, Stellmotoren für Einstellungen der Spiegel und Sitze usw. Zusätzlich wird nun eine zwischen die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und die fahrdynamischen Regelsysteme geschaltete Fahrdynamik-Energiesteuereinheit genutzt, wobei die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit so ausgebildet und über einen Datenkanal einer, bevorzugt nur einer, Schnittstelle miteinander zum Datenaustausch gekoppelt sind, dass, wie oben erläutert, Daten der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen und der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit ausgetauscht werden, welche Daten verarbeitet und als Fahrdynamik-Gesamtdaten über den Datenkanal mit der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit austauscht. Der Begriff „Vorrichtung“ zur Energiesteuerung ist so zu verstehen, dass diese durch einen Systemverbund aus mehreren Steuerungseinheiten und/oder -systemen gebildet werden kann.
Unter dem Begriff „Fahrdynamik-Energiesteuereinheit“ ist hier eine Einrichtung, beispielsweise in Form eines Softwaremoduls, eines Mikrocontrollers oder dergleichen, zu verstehen, welche modular als Bindeglied zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen und der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit aufgebaut ist und dabei wie erwähnt aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit als ein einziger elektrischer Fahrdynamik-Gesamtverbraucher wirkt. Darüber hinaus werden die elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme nur über diese Fahrdynamik-Energiesteuereinheit gesteuert, d. h. nicht mehr direkt von der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit. Mit anderen Worten, es erfolgt keine Daten-Kommunikation zwischen der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und den einzelnen fahrdynamischen Regelsystemen über die Ebene der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit hinweg.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist mit einem solchen erfindungsgemäßen Steuerungssystem ausgestattet.
Die Erfindung betrifft dabei explizit nur die Steuerung elektrischer Größen wie z. B. elektrische Energie bzw. Leistung (d. h. die Energie pro Zeiteinheit) für die Fahrdynamik, nicht aber mechanische oder chemische Größen wie beispielsweise mechanische oder chemische Energie/Leistung (z. B. Verbrennungsmotor, Elektromotor und Antriebsstrang) von Kraftfahrzeugen, für die weitere Energiesteuereinheiten vorhanden sein können. Die Erfindung betrifft auch nicht die Steuerung elektrischer Größen für die elektrischen Antriebsmotoren von Elektro-Kraftfahrzeugen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist eine Definition einheitlicher und „kommunaler“ (lokal, den fahrdynamischen Regelsystemen zugeordneter) Schnittstellen zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen (bzw. eventuell diesen jeweils einzeln zugeordneten Regelsystem-Energiesteuereinheiten) und der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit möglich. Ebenso erlaubt dies eine Definition einer zentralen Schnittstelle zwischen der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit und der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit, insbesondere mit Strom- und Spannungsanforderungen seitens der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit und insbesondere der Zuteilung von Energie- und Strom- bzw. Leistungsverfügbarkeiten seitens eines Energiebordnetzes über die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bzw. Architektur hat folgende weitere Vorteile:
Ein Entfall bestehender oder eine Integration neuer fahrdynamischer Regelsysteme bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheiten ist durch den modularen Aufbau mit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit mit einem geringeren Änderungs- und Kostenaufwand als beim Stand der Technik verbunden.
Durch die reduzierte Anzahl an Schnittstellen zur Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und durch die Verwendung kommunaler Schnittstellen zu den fahrdynamischen Regelsystemen kann die Qualität und Robustheit des Systemverbunds erhöht werden.
Die Daten bzw. Werte der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme können im Rahmen der Erfindung unmittelbar mit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit ausgetauscht werden. Wie bereits oben erwähnt, kann ein solcher Datenaustausch mit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit aber auch mittelbar über den einzelnen fahrdynamischen Regelsystemen jeweils zugeordnete Regelsystem-Energiesteuereinheiten erfolgen. Diese Regelsystem-Energiesteuereinheiten dienen dabei jeweils lediglich zur Sammlung und ggf. Zwischenverarbeitung von Daten aus in der Regel nur einem einzigen fahrdynamischen Regelsystem, um bereits eine Vorverarbeitung (Auswahl, mathematische Operationen, Plausibilitätstests auf Fehler usw.) der Daten für die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit durchzuführen und somit eine noch schnellere Datenverarbeitung zu ermöglichen. Eine oder mehrere serielle oder parallele Regelsystem-Energiesteuereinheiten können dabei optional zwischen nur ausgewählten oder aber zwischen allen aktiven/aktivierten fahrdynamischen Regelsystemen und der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit datenleitend, datensammelnd und/oder datenverarbeitend zwischengeschaltet werden. Ob einem fahrdynamischen Regelsystem zumindest eine solche separate Regelsystem-Energiesteuereinheit vorgeschaltet wird oder nicht, hängt in der Regel von der Komplexität des fahrdynamischen Regelsystems ab.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zu steuernden elektrischen Größen aktuelle und/oder prädizierte Strom- bzw. Leistungsaufnahmen und/oder aktuelle elektrische Aktuatorzustände der fahrdynamischen Regelsysteme, deren Daten von den fahrdynamischen Regelsystemen an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit übertragen werden.
Unter dem Begriff „Aktuatorzustand“ wird hierbei der Betriebszustand eines Aktuators des jeweiligen fahrdynamischen Regelsystems verstanden. Beispielsweise kann ein Aktuator (wie z. B. ein elektromagnetisch betriebener Schalter) die Zustände 0 und 1 aufweisen, also aus- oder eingeschaltet sein. Andere Aktuatoren (wie z. B. elektrische Stellmotoren) können auch Zwischenzustände annehmen, also 0, 1, aber auch Zustände wie „läuft gerade an“ (von 0 auf 1) oder „wird gerade heruntergefahren“ (von 1 auf 0). Wieder andere Aktuatoren sind leistungsgeregelt, z. B. über eine Phasenan- oder -abschnittsteuerung einer TRIAC, so dass sich deren Leistungsaufnahme zwischen einem Minimalwert (z. B. 0) und einem Maximalwert ändern kann.
Zusätzlich oder alternativ können auch Daten anderer zu steuernder elektrischer Größen von den fahrdynamischen Regelsystemen an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit übertragen werden, wie z. B. elektrische Spannung oder elektrische Energie.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zu steuernden elektrischen Größen maximal zulässige Strom- bzw. Leistungsaufnahmen und/oder elektrische Degradationsstufen-Werte der fahrdynamischen Regelsysteme, deren Daten von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit an die fahrdynamischen Regelsysteme übertragen werden.
Unter einem Degradationsstufen-Wert bzw. einer Degradationsstufe wird ein dimensionsloser Wert verstanden, welcher in vorab definierter Weise (kodiert) angibt, mit welcher Häufigkeit und/oder Dauer und/oder Stärke und/oder unter welchen Bedingungen ein konkreter elektrischer Verbraucher eines fahrdynamischen Regelsystems Energie verbrauchen darf. Ein Beispiel hierfür ist eine Vorgabe, wie lange und unter welchen Bedingungen mit welcher Drehzahl oder welchem Moment ein elektrischer Stellmotor laufen darf und welche Pausenzeiten einzuhalten sind. Dabei kann auch im Degradationsstufen-Wert angegeben werden, um welchen Anteil (z. B. in Prozent) eine zu regelnde elektrische Größe eines Verbrauchers (eines fahrdynamischen Regelsystems) reduziert werden muss, z. B. aufgrund mangelnder Quelle(n) für diese elektrische Größe und/oder beispielsweise aufgrund anderer vorrangig priorisierter elektrischer Verbraucher.
Zusätzlich oder alternativ können auch von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit an die fahrdynamischen Regelsysteme Daten bzw. Werte anderer zu steuernder elektrischer Größen übertragen werden, wie z. B. elektrische Spannung oder elektrische Energie.
Als zu steuernde elektrische Größen werden bevorzugt die aktuellen und prädizierten Strom- bzw. Leistungsaufnahmen und aktuelle Aktuatorzustände (0 oder 1 bzw. Zwischenzustände wie „läuft gerade an“) seitens der fahrdynamischen Regelsysteme übertragen. Weiterhin werden als zu steuernde elektrische Größen die maximal zulässige Strom- oder Leistungsaufnahme oder die Degradationsstufe eines Systems seitens der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit übertragen.
Besonders bevorzugt ermittelt die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit aus einem aktuellen und/oder prädizierten Strom- oder -Leistungsbedarfswert der einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme einen für zumindest alle aktiven oder aktivierten (d. h. gegebenenfalls jederzeit in Aktion tretenden), besonders bevorzugt für alle, fahrdynamischen Regelsysteme gemeinsamen Summen-Bedarfswert und übermittelt diesen an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit. Bei diesem Summen-Bedarfswert handelt es sich z. B. um einen Summen-Strom- oder Leistungsbedarfswert.
Dabei kann bevorzugt der aktuelle und/oder prädizierte Strom- oder Leistungsbedarfswert eines einzelnen fahrdynamischen Regelsystems entweder vom betreffenden fahrdynamischen Regelsystem selbst oder von einer dem fahrdynamischen Regelsystem (optional) zugeordneten Regelsystem-Energiesteuereinheit auf Basis von systemspezifischen Zustandsgrößen des jeweiligen fahrdynamischen Regelsystems ermittelt werden. Unter „systemspezifischen Zustandsgrößen“ sind dabei unter anderem der Zustand eines Aktuators (bzw. die Zustände der Aktuatoren) des betreffenden fahrdynamischen Regelsystems zu verstehen, aber auch weitere Informationen bzw. Zustandsgrößen des Regelsystems bzw. dessen Aktuators/en, wie z. B. die Drehzahl, der Lastzustand (motorischer Betrieb oder rekuperativer Betrieb), das abgegebene oder aufgenommene Moment eines Elektromotors usw. Aus derartigen weiteren Zustandsgrößen lassen sich mit bekannten Berechnungsmethoden insbesondere zukünftige Bedarfswerte berechnen oder zumindest abschätzen.
Besonders bevorzugt kann die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit jeweils für die fahrdynamischen Regelsysteme auch eine individuelle Spannungsvorgabe ermitteln. Die Berechnung der individuellen Spannungsvorgabe kann dabei beispielsweise auf Basis eines aktuellen elektrischen Aktuatorzustands eines fahrdynamischen Regelsystems erfolgen. Die aktiven/aktivierten fahrdynamischen Regelsysteme können dann z. B. ihren Aktuatorzustand gemeinsam mit ihrem aktuellen und/oder prädiktiven Strom- bzw. Leistungsbedarf an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit kommunizieren.
Sofern einem fahrdynamischen Regelsystem eine Regelsystem-Energiesteuereinheit zugeordnet ist, kann diese aus den systemspezifischen Zustandsgrößen vorzugsweise, z. B. neben dem aktuellen und/oder prädiktiven Strom- bzw. Leistungsbedarf des fahrdynamischen Regelsystems, auch eine konkrete Spannungsanforderung für das fahrdynamischen Regelsystem berechnen und an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit übermitteln, die diese dann einfach als individuelle Spannungsvorgabe für das betreffende fahrdynamische Regelsystem übernehmen kann.
Aus den einzelnen Spannungswünschen kann wiederum von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit eine über alle aktiven/aktivierten Regelsysteme resultierende Spannungsanforderung (als ein resultierender Bedarfswert) abgeleitet werden kann. Diese resultierende Spannungsanforderung kann z. B. gemeinsam mit dem Summen-Strombedarfswert der fahrdynamischen Regelsysteme von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit über die zentrale Schnittstelle an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit übermittelt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird dem Summen-Bedarfswert (beispielsweise dem Summen-Strom- oder Leistungsbedarfswert oder der resultierenden Spannungsanforderung) von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit ein Vorpriorisierungswert zugeordnet, welcher mit dem Summen-Bedarfswert von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit übermittelt wird. Die Ermittlung des Vorpriorisierungswerts erfolgt dabei besonders bevorzugt unter Berücksichtigung von zumindest einem der folgenden historischen, aktuellen und/oder prädizierten Parameter

- Fahrsituationen (z. B. Stadtverkehr, Landstraßenfahrt, Autobahnfahrt, zähfließender Stop-and-Go-Stauverkehr, Stillstand des Fahrzeugs bei laufendem Motor mit Leerlaufdrehzahl oder stehendem Motor bei Start-Stop-Automatik) und/oder
- Fahrer-Fahrverhaltensdaten (z. B. häufiges Bremsen und/oder Beschleunigen und/oder Lenkmanöver mit großen Lenkwinkeln) und/oder
- Fahrer-Einstellungen (z. B. gespeicherte personalisierte Einstellungen eines oder unterschiedlicher Fahrer) und/oder
- Fahrer-Eingaben (z. B. Einstellungen „sportliches Fahren“ oder „bequemes Fahren“ mit weicher/harter Lenkung/Federung/Dämpfung) und/oder
- systemspezifischen Zustandsgrößen, wobei hierunter wieder wie oben erläutert elektrische Aktuatorzustände fahrdynamischer Regelsysteme (z. B. ESP „ein/aus“ oder Aktivlenkung „ein/aus“ oder Umschaltung zwischen weicher/harter Lenkung/Federung/Dämpfung), aber auch weitere Informationen bzw. Zustandsgrößen des Regelsystemverbunds zu verstehen sind.

Unter dem Begriff „Vorpriorisierung“ wird hier speziell verstanden, dass die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit einen „Wunsch“ an künftig benötigter Energie an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit meldet und die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit dann unter Berücksichtigung des Vorpriorisierungswerts der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit, aber auch auf Basis von Vorpriorisierungswerten, die sie von anderen Systemen erhält, die gewünschte Energie zuweist oder die Anforderung gegebenenfalls auch nur teilweise oder überhaupt nicht erfüllt. Ein Vorpriorisierungswert kann dabei ein beliebiger Wert (beispielsweise ein Wert zwischen 1 = niedrige Priorität und 10 = hohe Priorität) sein, welcher die Priorität der Anforderung an Energie repräsentiert, d. h. der angibt, wie wichtig es ist, dass einem bestimmten fahrdynamischen Regelsystem die Energie bzw. Leistung zur Verfügung gestellt wird. Dabei erfolgt die Vorpriorisierung sinnvollerweise derart, dass zumindest in sicherheitsrelevanten Situationen die betreffenden Komponenten auch sicher mit der benötigten Leistung versorgt werden.
Dabei können den ermittelten Bedarfswerten der einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme unter Berücksichtigung der oben aufgezählten Kriterien jeweils einzelne Vorpriorisierungswerte zugeordnet werden, und die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit berechnet daraus nach vorgegebenen Regeln einen „Fahrdynamik-Gesamt-“ Vorpriorisierungswert für den Summen-Bedarfswert, der an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit übermittelt wird. Der Vorpriorisierungswert für einen Summen-Bedarfswert kann auch so gewählt sein, dass er angibt, mit welcher Priorität welche Anteile des angeforderten Summen-Bedarfswerts zur Verfügung gestellt werden müssen. Zum Beispiel könnte angegeben werden, dass die Hälfte des Summen-Bedarfswert mit sehr hoher Priorität zur Verfügung stehen muss (wenn dieser Teil für sicherheitsrelevante Funktionen benötigt wird), wogegen die darüber hinausgehende Anforderung niedriger priorisiert wird.
Es erfolgt also insbesondere eine Sammlung, Koordination und Vorpriorisierung (d. h. Priorisierungswunsch der einzelnen elektrischen Verbraucher der fahrdynamischen Regelsysteme oder deren Regelsystem-Energiesteuereinheiten) der Strom- und Spannungsanforderungen aller aktiven/aktivierten fahrdynamischen Regelsysteme durch die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit unter Berücksichtigung des fahrsituationsabhängigen Zusammenwirkens der einzelnen Systeme. So kann vorteilhaft eine vorpriorisierte Gesamt-Anfrage von elektrischer Energie bzw. Leistung für die Energieverbraucher der fahrdynamischer Regelsysteme durch die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit und eine priorisierte Zuteilung der Energie bzw. Leistung durch die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit erfolgen. Eine „Priorisierung“ erfolgt dabei in der Kaskade der Ebenen hierarchisch von oben nach unten als Zuteilung einer elektrischen Größe, wie z. B. elektrische Energie, wohingegen eine „Vorpriorisierung“ hierarchisch von unten nach oben als Anfrage einer elektrischen Größe erfolgt. Durch den erfindungsgemäßen kaskadierten hierarchischen Aufbau wird dafür gesorgt, dass die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit die einzelnen Prioritäten der fahrdynamischen Regelsysteme bewusst nicht kennen muss und daher entlastet wird.
Für eine priorisierte Zuteilung der Energie bzw. Leistung an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit kann die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit einen aktuellen Energieverfügbarkeitswert und/oder Stromverfügbarkeitswert und/oder Leistungsverfügbarkeitswert eines Energiebordnetzes, insbesondere Niederspannungs-Energiebordnetzes (z. B. 12 V DC), ermitteln und diesen an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit übermitteln. Die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit kann darauf basierend einen maximal zulässigen Überlagerungsstrom der fahrdynamischen Regelsysteme ableiten (z. B. berechnen oder aus einer Tabelle einer internen und/oder externen Datenbank entnehmen). Der Überlagerungsstrom der fahrdynamischen Regelsysteme unterscheidet sich dabei von einem einfachen Summenstrom der fahrdynamischen Regelsysteme dadurch, dass hier die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Strömen der fahrdynamischen Regelsysteme mit berücksichtigt wird. Der Überlagerungsstrom ist also in der Regel niedriger als der Summenstrom.
Aus dem maximal zulässigen Überlagerungsstrom kann vorzugsweise von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (insbesondere abhängig von einer vorliegenden Fahrsituation, wie z. B. Stadtverkehr, Landstraßenfahrt, Autobahnfahrt, zähfließender Stop-and-Go- oder Stauverkehr, Stillstand mit laufendem Motor oder stehendem Motor bei Start-Stop-Automatik) für die einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme jeweils eine maximal zulässige elektrische Strom- oder Leistungsaufnahme und/oder ein elektrischer Degradationsstufen-Wert berechnet werden, welche dann von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit direkt an die fahrdynamischen Regelsysteme übermittelt werden können. Dabei können wieder die den Bedarfswerten der einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme zugeordneten einzelnen Vorpriorisierungswerte (aus denen der Vorpriorisierungswert für den Summen-Bedarfswert ermittelt wurde) berücksichtigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit dabei von der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit je nach Fahrsituation ein bestimmtes Kontingent (d. h. Anteil) an der momentan verfügbaren elektrischen Energie und Leistung zugeordnet, da nur der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit die Bedarfe der elektrischen Größen (z. B. elektrische Energie oder elektrische Leistung) aller im Fahrzeug befindlicher elektrischer Fahrzeug-Verbraucher „bekannt sind“. Dieses ihr zugeordnete Kontingent kann die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit wiederum eigenständig auf die fahrdynamischen Regelsysteme aufteilen. Dabei kann bevorzugt die Aufteilung nicht nur anhand der elektrischen Bedarfe der aktiven/aktivierten fahrdynamischen Regelsysteme, sondern auch in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation und/oder des Systemzustands (d. h. der systemspezifischen Zustandsgrößen) erfolgen. Wie erwähnt, kann die Aufteilung des Kontingents auf die fahrdynamischen Regelsysteme dabei bevorzugt auch unter Berücksichtigung der (Vor-)Priorisierungswerte der fahrdynamischen Regelsysteme erfolgen. Beispielsweise können das Bremsregelsystem, z. B. das Elektronische Stabilitäts-Programm ESP ® und die elektromechanische Servolenkung eine höhere Priorität und andere Systeme eine geringere Priorität aufweisen. Dann könnte als Beispiel eine erste Fahrsituation „Autobahnfahrt“ und eine zweite Fahrsituation „Stadtverkehr“ lauten. Auf der Autobahn hätte dann wegen der hohen Geschwindigkeit das Bremsregelsystem einen höheren Energiebedarf, die Servolenkung jedoch einen niedrigeren Energiebedarf. Umgekehrt hätte das Bremsregelsystem im Stadtverkehr einen niedrigeren Energiebedarf, die elektromechanische Servolenkung jedoch einen höheren Energiebedarf, da viele Lenkeinschläge mit relativ großem Lenkwinkel erfolgen und zudem eine Leichtgängigkeit auch wegen Einparksituationen vorliegen muss. Gegebenenfalls kann der Fahrer die einzelnen Prioritäten durch Einstellmöglichkeiten (z. B. Schalter) beeinflussen.
Es reicht bevorzugt aus, wenn die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit den Anteil nur als dimensionslose Zahl (z. B. zwischen 0 und 1) oder in % des Anteils von der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Energie oder Leistung übermittelt. Die aktuell absolut zur Verfügung stehenden Werte kann die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit dann selbst daraus berechnen, da ihr der Absolutwert der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Energie oder Leistung bekannt ist bzw. sie diesen auf Basis der angeschlossenen Systeme ermitteln kann.
Die Erfindung ermöglicht also vorteilhafterweise eine eigenverantwortliche Degradation und Koordination der fahrdynamischen Regelsysteme durch die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit in Abhängigkeit von Energie- und Strom- bzw. Leistungsverfügbarkeit des Energiebordnetzes und der tatsächlich im Fahrzeug verbauten Regelsysteme. Unter dem Begriff „Degradation“ wird dabei wie oben erläutert die von einer übergeordneten an eine untergeordnete Hierarchiestufe je nach Fahrsituation zugeteilte elektrische Energie verstanden, also z. B. die Zuteilung der elektrischen Energie der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit an die hierarchisch darunter befindlichen einzelnen Verbraucher.
Die zu steuernden fahrdynamischen Regelsysteme können verschiedenste elektrische Verbraucher umfassen. Bevorzugt gehört hierzu ein elektrischer Verbraucher eines Fahr(er)assistenzsystems mindestens einer der folgenden Gruppen:

a) Elektromechanische Servolenkung;
b) Betriebsbremse mit radindividueller Bremsdruckregelung (ESC/ESP = elektronische(s) Stabilitäts-Kontrolle/Programm, ABS = Antiblockiersystem, ASR = Antischlupfregelung, EBD/EBV = elektronische Bremskraftverteilung);
c) Elektromechanische Aktivlenkung an der Vorderachse (d. h. Veränderung der Lenkübersetzung zwischen Lenkrad und Rädern in Abhängigkeit verschiedener Fahrzeuggrößen, z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit);
d) Elektromechanische Hinterachs- bzw. Hinterradlenkung;
e) Elektromechanische Höhenstandsregelung;
f) Elektromechanische Wankstabilisierung;
g) Elektromechanisch einstellbare Federn/Dämpfer;
h) Elektromechanische Feststellbremse;
i) Elektromechanische Längsmomentenverteilung bei Allradantrieb;
j) Elektromechanische Quermomentenverteilung an Vorderachse und/oder Hinterachse, insbesondere abhängig von der Antriebsart (Vorderrad-, Hinterrad- oder Allradantrieb).

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zumindest vier hierarchisch sequenziell hintereinander bzw. ineinander gestuft datenleitend miteinander verbundene Datensammel- und/oder Datenverarbeitungs- und/oder Steuerungs-Ebenen vorhanden. Den innersten Kern bildet die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit, worauf die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit folgt. Die äußersten Ebenen stellen schließlich die fahrdynamischen Regelsysteme (ganz außen) und eventuell ihre zugehörige Regelsystem-Energiesteuereinheit (die vorletzte Ebene) dar. Dabei gibt es keine Daten-Kommunikation über mehrere Ebenen hinweg, sondern immer nur mit der nächstäußeren oder nächstinneren (bzw. nächsthöheren oder nächstniedrigeren) Ebene, was der gewünschten Kaskadierung der Steuerung und/oder Regelung elektrischer Größen entspricht.
Eine Ausnahme hiervon kann die äußerste/unterste Ebene für die fahrdynamischen Regelsysteme sein, falls Regelsystem-Energiesteuereinheiten vorhanden sind, welche sich in der Ebene zwischen der äußersten/untersten Ebene für die fahrdynamischen Regelsysteme und der darin/darüber befindlichen Ebene für die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit befinden, wobei sich dann die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit in der inneren/ höchsten Ebene befindet. Natürlich können für eines oder mehrere der fahrdynamischen Regelsysteme beide Varianten vorhanden sein, nämlich die direkte Datenleitung mit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit als auch die indirekte Datenleitung über die Regelsystem-Energiesteuereinheiten, wobei dann nur eine oder beide der Datenleitungen für die Übertragung und Auswertung der Daten genutzt werden können.
Die Anzahl der Schnittstellen reduziert sich von außen nach innen. Die Schnittstellen sind zudem kommunal gehalten, um einen modularen Aufbau mit einfacher Erweiterbarkeit realisieren zu können. Alle Komponenten, d. h. die elektrischen Verbraucher der fahrdynamischen Regelsysteme inkl. hardwarenaher Software und ggf. nachgeschalteter Software, die (optionalen) einzelnen Regelsystem-Energiesteuereinheiten der einzelnen Verbraucher, die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit und die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit sind eindeutigen und klar strukturierten Ebenen zugeteilt. Die Komponenten jeder Kaskade besitzen dabei bewusst nur so viel Wissen und Kenntnis, wie sie für die Erfüllung ihrer Aufgabe benötigen. Die Quellen elektrischer Leistung (z. B. Batterie, Generator, DC/DC-Wandler) sind insbesondere von dieser Struktur unabhängig, d.h. sie müssen nicht der gleichen Ebene wie der entsprechende Verbraucher zugeordnet sein, können dies aber.
Für alle oben beschriebenen Ausführungsformen wird hiermit ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sämtliche Ebenen zur Steuerung und/oder Regelung von elektrischen/elektronischen Fahrzeugbetriebsbauteilen, insbesondere Verbrauchern elektrischer Energie fahrdynamischer Regelsysteme, wahlweise als Hardware- oder Softwarekomponenten oder eine beliebige Kombination aus Hardware- und Softwarekomponenten ausgeführt sein können.
Zusammenfassend weist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung folgende Merkmale auf:

Die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit agiert wie erwähnt aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit als ein einziger „virtueller“ Verbraucher. Die Bedarfe aller fahrdynamischen Regelsysteme werden gesammelt und es wird ein einziger Bedarf in Summe übermittelt, nicht jeder einzelne Bedarf für sich. Der Summenbedarf an elektrischer Energie und Leistung der fahrdynamischen Regelsysteme wird vorpriorisiert. Die (Vor-) Priorisierung erfolgt zunächst ausschließlich aus Sicht der Fahrdynamik-Regelsysteme, d. h. systemzustands- und fahrsituationsabhängig. Fahrereingaben bzw. -einstellungen können hierbei berücksichtigt werden. Eine endgültige Priorisierung erfolgt dagegen erst in der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit, da nur hier die Bedarfe aller im Fahrzeug verbauten Systeme bekannt sind. Die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit hat gezielt keine Kenntnis über die im Fahrzeug verbauten fahrdynamischen Regelsysteme und ihre zugehörigen Einzelbedarfe, da ja die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit diese Aufgaben übernimmt. Die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit wird somit bewusst entlastet. Die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit erhält von der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit ein bestimmtes Kontingent (Anteil/Zuteilung) an elektrischer Energie und Leistung. Dieses Kontingent teilt sie eigenständig auf die im Fahrzeug verbauten Regelsysteme auf. Die Zuteilung erfolgt nicht nur anhand der Bedarfe der aktiven/aktivierten Regelsysteme, sondern auch in Abhängigkeit der vorliegenden Fahrsituation. Hierbei kann bewertet werden, durch welche fahrdynamischen Regelsysteme und welche zugehörigen Leistungsbedarfe die Situation aus Sicht des Fahrers am besten ausgeregelt werden kann. Darauf basierend werden die einzelnen Systeme priorisiert und die zur Verfügung gestellte elektrische Energie und Leistung verteilt.

Durch eine gezieltere Bedatung der Strom- und Spannungsanforderungen eines fahrdynamischen Regelsystems in Abhängigkeit von Systemausprägung und Fahrsituation, Fahrdynamik-Energiesteuereinheit und Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit kann somit die Häufigkeit von Spannungsanhebungen reduziert werden. Durch die eigenverantwortliche Degradation der maximalen Strom- bzw. Leistungsaufnahme weiterer fahrdynamischer Regelsysteme wie Aktivlenkung an der Vorderachse, Hinterachslenkung oder elektromechanischer Wankstabilisierung kann die Verfügbarkeit der einzelnen Systeme erhöht und die Stabilität des Niederspannungs-Energiebordnetzes (z. B. 12 V DC) trotz zunehmender Anzahl an fahrdynamischen Regelsystemen erhalten werden.
Die Erfindung ist nicht auf Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und klassischem Generator begrenzt, sondern kann auch bei allen anderen Kraftfahrzeugen mit elektrischer Energieversorgung der fahrdynamischen Regelsysteme im sogenannten Niederspannungsbereich eingesetzt werden, also auch bei Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen. Es ist daher der Einsatz insbesondere bei allen Fahrzeugtypen möglich, die ein elektrisches Bordnetz mit Niederspannung z. B. bis max. 60 V DC haben, also auch Elektrofahrzeuge, die zusätzlich zum Hochspannungs-Leistungsakkumulator (z. B. über 110 V DC) eine Niederspannungs-Batterie sowie DC/DC-Wandler zwischen Hoch- und Niederspannungsbereich haben. Auch ist der Einsatz der Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuge mit vier Laufrädern begrenzt, sondern kann bei beliebigen Fahrzeugen, z. B. Mopeds, Motorrädern, Wohnmobilen oder Lastkraftwagen angewendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen kaskadierten Energiesteuersystems bei einer Bedarfsanforderung der fahrdynamischen Regelsysteme,
2 eine schematische Darstellung des Energiesteuersystems nach 1 bei einer Bedarfszuteilung an die fahrdynamischen Regelsysteme.

Die 1 und 2 zeigen mit den Bezugszeichen E1, E2, E3, E4 die einzelnen Ebenen eines erfindungsgemäß kaskadierten Energiesteuersystems 10 mit einer Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 und einer Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 für fahrdynamische Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 für die Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges.
1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerungs-Kaskade bei der Koordination der Strom- und Spannungsanforderungen der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 des Kraftfahrzeuges.
Ebene E1 stellt die einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 dar, wie sie im allgemeinen Beschreibungsteil oben erwähnt wurden. Die Anzahl der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 liegt hier beispielsweise bei vier, ist aber in der Realität wesentlich höher und kann je nach Ausstattungswunsch zur Montage des Fahrzeugs festgelegt werden und ggf. durch Einbau und/oder Ausbau fahrdynamischer Regelsysteme nachträglich noch verändert werden.
Ebene E2 stellt die Ebene für die optionalen einzelnen Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1 und 2.2 für einzelne fahrdynamische Regelsysteme 1.2, 1.4 dar, wobei andere fahrdynamische Regelsysteme 1.1, 1.3 hier exemplarisch keine zugeordneten Regelsystem-Energiesteuereinheiten aufweisen.
Ebene E3 stellt die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 dar.
Ebene E4 stellt die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 dar, die mit weiteren (hier nicht dargestellten) Energiesteuereinheiten oder anderen Systemen datenleitend verbunden ist, so z. B. mit den Energiequellen (Batterie, Generator, DC/DC-Wandler), den Motor-, Antriebstrang-, Beleuchtungs-, Interieur-, der Entertainment- und Telekommunikations-Energiesteuereinheiten usw.
Die fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 melden ihren Bedarf an Strom bzw. Leistung über die Datenkanäle 5.1 bis 5.4 direkt - oder indirekt über die Datenkanäle 5.5 bis 5.8 über die Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 - weiter an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1.
Die Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 können dabei wie oben erläutert zusätzlich zum aktuellen Bedarf an Strom bzw. Leistung der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 einen künftigen Bedarf an Strom bzw. Leistung und/oder eine Spannung der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bei der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 über Datenkanäle 5.7, 5.8 anfordern. Die Berechnung bzw. Abschätzung der anzufordernden Werte kann auf Basis von über Datenkanäle 5.5, 5.6 von den fahrdynamischen Regelsystemen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 an die Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 gemeldeten Zustandsgrößen der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 erfolgen.
All diese Bedarfsdaten und Zustandsdaten der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 und ihrer Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 werden in der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 gesammelt und dann über eine Schnittstelle 6.1 in Form von koordinierten und vorpriorisierten Strom- und Spannungsanforderungen der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 übermittelt.
Die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 erfasst die koordinierte und vorpriorisierte Strom- und Spannungsanforderung der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit und berücksichtigt diese bei der Berechnung der Sollspannungsvorgabe des Energiebordnetzes ohne Kenntnis des Zusammenwirkens der fahrdynamischen Regelsysteme.
Die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 ermittelt zudem die aktuelle Energie- und Strom- bzw. Leistungsverfügbarkeit des Energiebordnetzes und kommuniziert diese, wie nachfolgend noch einmal erläutert, an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1.
2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerungs-Kaskade bei der bedarfsgerechten Degradation und Koordination der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 des Kraftfahrzeugs. Die Ebenen E1, E3 und E4 sind die gleichen Ebenen wie in 1, wobei die Ebene E2 auf diesem „Rückweg“ ohne Relevanz ist.
Die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 meldet den für die fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 in Summe zur Verfügung gestellten Anteil der aktuellen maximalen Energie- und Strom-/ Leistungsverfügbarkeit des Energiebordnetzes an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 weiter (beispielsweise in % der maximalen Energie- und Strom-/ Leistungsverfügbarkeit). Diese verteilt dann „eigenverantwortlich“ (d. h. ohne Hilfe der übergeordneten Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 und ohne Hilfe der untergeordneten fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 und ihrer Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 bzw. ohne Hilfe einer anderen Ebene E1, E2 oder E4), je nach Priorisierung und ggf. je nach von den fahrdynamischen Regelsystemen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 angeforderten Vorpriorisierung, die maximal zur Verfügung gestellte Energie und/oder Leistung auf die fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 über Datenkanäle 5.1 bis 5.4.
Die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 leitet hierzu beispielsweise den maximal zulässigen Überlagerungsstrom aller fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 aus dem zur Verfügung gestellten Anteil der maximalen Energie- und Strom-/ Leistungsverfügbarkeit ab. Aus dem maximal zulässigen Überlagerungsstrom wird dann abhängig von der vorliegenden Fahrsituation für jedes verbaute fahrdynamische Regelsystem 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 eine maximal zulässige Strom- bzw. Leistungsaufnahme oder eine Degradationsstufe berechnet. Letztere wird von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 direkt an jedes Regelsystem 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 übermittelt.
Diese oben angeführten Verfahren der 1 und 2 können sich je nach Auslegung der Prozessoren, der Datenleitungen und der Anzahl der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 sowie je nach Fahrsituation mehrmals in der Minute oder gar in der Sekunde wiederholen.
Es wird also eine eigenverantwortliche Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 (Ebene E3) zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 (Ebene E1 und E2) und der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 (Ebene E4) eingesetzt. Damit kann die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 (Ebene E4) entlastet werden, da die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 (Ebene E3) alle fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 (Ebenen E1 und E2) von sich aus koordiniert. Somit tauschen die fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 (Ebenen E1 und E2) keine Daten mehr direkt mit der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit 4.1 (Ebene E4) aus, sondern immer nur über die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 (Ebene E3). Die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit 3.1 (Ebene E3) ist ausschließlich für die Koordination der fahrdynamischen Regelsysteme 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bzw. Regelsystem-Energiesteuereinheiten 2.1, 2.2 (Ebenen E1 und E2) zuständig und muss keine weiteren Funktionen übernehmen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der in den Figuren dargestellten Erfindung nur um ein Ausführungsbeispiel handelt, welches in vieler Hinsicht modifiziert werden kann. Weiterhin wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“, „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese auch aus mehreren Untereinheiten besteht.

Claims

Verfahren zur kaskadierten Energiesteuerung elektrischer Größen von elektrische Verbraucher umfassenden fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges, wobei Daten der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) und einer Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) ausgetauscht werden, welche Daten verarbeitet und als Fahrdynamik-Gesamtdaten über einen Datenkanal (6.1) einer Schnittstelle mit einer Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) austauscht, wobei die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) als ein einziger elektrischer Fahrdynamik-Gesamtverbraucher wirkt, wobei die zu steuernden elektrischen Größen - aktuelle und prädizierte Strom- und/oder Leistungsaufnahmen und/oder - aktuelle elektrische Aktuatorzustände der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Daten der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) unmittelbar und/oder mittelbar über Regelsystem-Energiesteuereinheiten (2.1, 2.2) mit der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) ausgetauscht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zu steuernden elektrischen Größen - maximal zulässige Strom- bzw. Leistungsaufnahmen und/oder - elektrische Degradationsstufen-Werte der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) aus einem aktuellen und/oder prädizierten Strom- oder -Leistungsbedarfswert der einzelnen fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) einen über zumindest alle aktiven oder aktivierten fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) resultierenden Summen-Bedarfswert ermittelt und diesen an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der aktuelle und/oder prädizierte Strom- oder Leistungsbedarfswert eines fahrdynamischen Regelsystems (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) vom betreffenden fahrdynamischen Regelsystem (1.2, 1.4) selbst oder von einer dem fahrdynamischen Regelsystem (1.2, 1.4) zugeordneten Regelsystem-Energiesteuereinheit (2.1, 2.2) auf Basis von systemspezifischen Zustandsgrößen des jeweiligen fahrdynamischen Regelsystems (1.2, 1.4) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) auf Basis - eines aktuellen elektrischen Aktuatorzustands eines fahrdynamischen Regelsystems (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) und/oder - einer Spannungsanforderung einer einem fahrdynamischen Regelsystem (1.2, 1.4) zugeordneten Regelsystem-Energiesteuereinheit (2.1, 2.2) jeweils für die fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) eine individuelle Spannungsvorgabe ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dem Summen-Bedarfswert von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit unter Berücksichtigung von zumindest einem der folgenden historischen, aktuellen und/oder prädizierten Parameter - Fahrsituationen und/oder - Fahrer-Fahrverhaltensdaten und/oder - Fahrer-Einstellungen und/oder - Fahrer-Eingaben und/oder - Systemzustand der fahrdynamischer Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) ein Vorpriorisierungswert zugeordnet wird, welcher mit dem Summen-Bedarfswert von der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) an die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) einen aktuellen Energieverfügbarkeitswert und/oder Stromverfügbarkeitswert und/oder Leistungsverfügbarkeitswert eines Energiebordnetzes ermittelt und diesen an die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) übermittelt, welche darauf basierend einen maximal zulässigen Überlagerungsstrom der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) ableitet, aus welchem vorzugsweise für die fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) eine maximal zulässige elektrische Strom- oder Leistungsaufnahme und/oder ein elektrischer Degradationsstufen-Wert berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) von der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) ein bestimmtes Kontingent an elektrischer Energie und Leistung zugeordnet wird, welches die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) eigenständig auf die fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) aufteilt, wobei die Aufteilung vorzugsweise anhand der elektrischen Bedarfe der aktiven oder aktivierten fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) und in Abhängigkeit von der vorliegenden Fahrsituation und/oder des Systemzustands des jeweiligen fahrdynamischen Regelsystems (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrischen Verbraucher der zu steuernden fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) mindestens eine der folgenden Gruppen beinhalten: a) elektromechanische Servolenkung, b) Betriebsbremse mit radindividueller Bremsdruckregelung (ESC/ESP, ABS, ASR, EBD/EBV), c) elektromechanische Aktivlenkung an der Vorderachse, d) elektromechanische Hinterachs- bzw. Hinterradlenkung, e) elektromechanische Höhenstandsregelung, f) elektromechanische Wankstabilisierung, g) elektromechanisch einstellbare Federn/Dämpfer, h) elektromechanische Feststellbremse, i) elektromechanische Längsmomentenverteilung bei Allradantrieb, j) elektromechanische Quermomentenverteilung an Vorderachse und/oder Hinterachse.
Steuerungssystem (10) zur kaskadierten Energiesteuerung elektrischer Größen von elektrische Verbraucher umfassenden fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zur Fahrzustandsstabilisierung eines Kraftfahrzeuges, welches eine Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) und eine zwischen die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) und die fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) geschaltete Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) aufweist, wobei die Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) und die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) so ausgebildet und über einen Datenkanal (6.1) einer Schnittstelle miteinander zum Datenaustausch gekoppelt sind, dass Daten der zu steuernden elektrischen Größen der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zwischen den fahrdynamischen Regelsystemen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) und der Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) ausgetauscht werden, welche Daten verarbeitet und als Fahrdynamik-Gesamtdaten über den Datenkanal (6.1) mit der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) austauscht, wobei die Fahrdynamik-Energiesteuereinheit (3.1) aus Sicht der Gesamtfahrzeug-Energiesteuereinheit (4.1) als ein einziger elektrischer Fahrdynamik-Gesamtverbraucher wirkt, wobei die zu steuernden elektrischen Größen - aktuelle und prädizierte Strom- und/oder Leistungsaufnahmen und/oder - aktuelle elektrische Aktuatorzustände der fahrdynamischen Regelsysteme (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) sind.