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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Fahrerassistenzsystemen in einem Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass der Fahrer eines Kraftfahrzeugs bei der Durchführung seiner Fahraufgaben durch Fahrerassistenzsysteme unterstützt wird bzw. Fahrerassistenzsysteme bestimmte Fahraufgaben des Fahrers komplett übernehmen.
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Um die Ausfallsicherheit von Fahrerassistenzsystemen im Fahrbetrieb zu erhöhen, werden oftmals mehrere Fahrerassistenzsysteme im Kraftfahrzeug verbaut. Die Fahrerassistenzsysteme übernehmen dabei zumindest zum Teil die gleichen Funktionen. Vorzugsweise handelt es sich um redundante Fahrerassistenzsysteme, welche gleich aufgebaut sind und exakt die gleiche Funktonen aufweisen. Im normalen Fahrbetrieb arbeiten die Fahrerassistenzsysteme zusammen und im Falle des Ausfalls eines der Systeme werden die Funktionen dieses Systems komplett oder teilweise durch die anderen übernommen.
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Auch wenn die Ausfallsicherheit durch mehrere Fahrerassistenzsysteme in einem Kraftfahrzeug erhöht wird, so bleibt das Problem bestehen, dass ein Ausfall beider Fahrerassistenzsysteme weiterhin dann auftritt, wenn die elektrische Energieversorgung dieser Systeme ausfällt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Betrieb von Fahrerassistenzsystemen in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches die Fortsetzung des Betriebs zumindest eines der Fahrerassistenzsysteme im Falle des Ausfalls der Energieversorgung für die Fahrerassistenzsysteme gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb von Fahrerassistenzsystemen in einem Kraftfahrzeug. Je nach Ausgestaltung kann das Kraftfahrzeug ein rein verbrennungsmotorisch angetriebenes Fahrzeug oder gegebenenfalls auch ein Hybridfahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug sein. Sofern nicht anders beschrieben, handelt es sich bei den nachfolgend erläuterten technischen Komponenten, wie dem Energiespeicher, der Generatoranordnung, dem Laderegler, dem Spannungsregler und dergleichen, um Komponenten, die Bestandteil des Kraftfahrzeugs sind.
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Der Begriff des Fahrerassistenzsystems ist hier und im Folgenden dabei weit zu verstehen. Es handelt sich hierbei um ein System, welches den Fahrer bei seinen Fahraufgaben unterstützt oder bestimmte Fahraufgaben komplett übernimmt. Zum Beispiel kann das Fahrerassistenzsystem einen Abstandstempomaten umfassen, der automatisch mittels entsprechender Sensorik (z.B. Radar, Lidar oder Kamera) einen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einhält. Ebenso kann ein Fahrerassistenzsystem einen Spurhalteassistenten beinhalten. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrerassistenzsystem um ein System, welches automatisiert die Längsführung und/oder Querführung des Kraftfahrzeugs steuert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird mit dem Fahrerassistenzsystem ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeugs ohne Eingriff des Fahrers ermöglicht.
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Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs werden während dessen Fahrt zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme, deren Funktionen sich zumindest teilweise entsprechen über einen Laderegler mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher (vorzugsweise einer Batterie) und einer Generatoranordnung versorgt. Die Generatoranordnung umfasst einen oder mehrere elektrische Generatoren zur Wandlung von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie. Vorzugsweise ist ein einzelner elektrischer Generator vorgesehen. In einer bevorzugten Variante hat jedes der zumindest zwei Fahrerassistenzsystemen eine Funktion, mit der das Kraftfahrzeug automatisch zum Stillstand gebracht werden kann. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme redundante Fahrerassistenzsysteme. Unter redundanten Fahrerassistenzsystemen sind Fahrerassistenzsysteme zu verstehen, welche wechselseitig die gleichen Funktionen durchführen. Jedes der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme umfasst in der Regel ein eigenes Steuergerät sowie zugehörige Sensorik (z.B. Lidar, Radar, Kamera) und zugehörige Aktorik (z.B. Aktorik zur Steuerung der Lenkung, der Verzögerung und der Beschleunigung des Fahrzeugs). Im Normalbetrieb koordinieren die Steuergeräte ihre Regeleingriffe und tauschen Informationen über Sensorik und Aktorik aus. Unter dem obigen Normalbetrieb ist ein Betrieb des Kraftfahrzeugs mit funktionsfähiger Energieversorgung für die Fahrerassistenzsysteme zu verstehen.
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In an sich bekannter Weise liefert der obige Laderegler eine konstante Spannung an die Fahrerassistenzsysteme und auch an die weiteren elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs. Ferner stellt der Laderegler sicher, dass überschüssige elektrische Energie aus der Generatoranordnung dem Energiespeicher zugeführt wird. Ferner gewährleistet der Laderegler, dass bei nicht ausreichender elektrischer Energie aus der Generatoranordnung zusätzlich elektrische Energie durch Entladen des Energiespeichers den Fahrerassistenzsystemen bzw. den weiteren elektrischen Verbrauchern bereitgestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein vorgegebenes Fahrerassistenzsystem der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme über einen zusätzlich zum Laderegler vorgesehenen Spannungsregler mit elektrischer Energie aus zumindest einem Teil der elektrischen Generatoren der Generatoranordnung versorgt wird, wenn bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Versorgung der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme mit elektrischer Energie über den Laderegler ausfällt. Dabei handelt es sich um einen Ausfall, bei dem zumindest ein Teil der elektrischen Generatoren weiterhin intakt ist. Insbesondere handelt es sich um einen Ausfall aufgrund eines Defekts (z.B. Kurzschluss) im Laderegler.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass auch bei einem Ausfall der Energieversorgung des Kraftfahrzeugs weiterhin ein Betrieb zumindest eines Fahrerassistenzsystems sichergestellt werden kann, wodurch die Sicherheit im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Insbesondere bei einem autonom fahrenden Fahrzeug ist dabei sichergestellt, dass der autonome Betrieb fortgesetzt werden kann bzw. das Kraftfahrzeug mit dem noch im Betrieb befindlichen Fahrerassistenzsystem kontrolliert zum Stillstand gebracht werden kann. Ferner ist es nicht erforderlich, dass im Kraftfahrzeug redundant ein weiterer Energiespeicher vorgesehen werden muss, der bei Ausfall der Energieversorgung zum Einsatz kommt. Vielmehr wird die Impulsenergie des bewegten Fahrzeugs zur Fortsetzung des Betriebs zumindest eines Fahrerassistenzsystems genutzt. Hierdurch können Kosten eingespart werden und das Gewicht des Kraftfahrzeugs gering gehalten werden, was zu einem besseren Wirkungsgrad führt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines Schalters die elektrische Verbindung zwischen der Generatoranordnung und dem Laderegler bei einem Überstrom auf der elektrischen Verbindung getrennt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Generatoranordnung bei Defekten in der elektrischen Energieversorgung bzw. im Laderegler (insbesondere bei einem Kurzschluss) nicht beschädigt wird und somit zur Energieeinspeisung für das zumindest eine vorgegebene Fahrerassistenzsystem zur Verfügung steht.
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In einer Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Trennung der elektrischen Verbindung zwischen der Generatoranordnung und dem Laderegler über einen Schutzschalter, der sich selbsttätig bei Überstrom öffnet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Überstrom auf der elektrischen Verbindung zwischen der Generatoranordnung und dem Laderegler auch mittels des Spannungsreglers detektiert werden, der nach einer solchen Detektion einen Schalter in dieser elektrischen Verbindung öffnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt der Laderegler im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs während dessen Fahrt dem zumindest einen vorgegebenen Fahrerassistenzsystem über eine Schaltanordnung, insbesondere eine Diode, mit Stromdurchlassrichtung hin zu dem zumindest einen vorgegebenen Fahrerassistenzsystem elektrischen Strom zu. Hierdurch wird verhindert, dass ein bei Defekt des Ladereglers auftretender Kurzschlussstrom über das zumindest eine vorgegebene Fahrerassistenzsystem fließt, was dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigt.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Spannungsregler bereits im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs zugeschaltet und liefert elektrische Energie aus der Generatoranordnung an das zumindest eine vorgegebene Fahrerassistenzsystem. Alternativ ist es auch möglich, dass der Ausfall der Versorgung der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme mit elektrischer Energie über den Laderegler detektiert wird (z.B. mittels einer Strom- bzw. Spannungsmessung im Spannungsregler) und nur bei einem detektierten Ausfall der Spannungsregler zugeschaltet wird, um das zumindest eine vorgegebene Fahrerassistenzsystem mit elektrischer Energie aus zumindest einem Teil der elektrischen Generatoren zu versorgen.
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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem Spannungsregler ein zusätzlicher Energiespeicher (d.h. ein zusätzlich zu dem oben beschriebenen Energiespeicher vorgesehener Energiespeicher) angeschlossen. Der zusätzliche Energiespeicher versorgt das zumindest eine vorgegebene Fahrerassistenzsystem mit elektrischer Energie, wenn bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Versorgung der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme mit elektrischer Energie über den Laderegler ausfällt. Es wird somit neben Generatoren auch ein Energiespeicher (z.B. eine Batterie) zum Betrieb des zumindest einen vorgegebenen Fahrerassistenzsystems genutzt. Hierdurch wird dessen Betrieb auch dann gewährleistet, wenn der oder die Generatoren hierfür nicht ausreichend Energie erzeugen. Der zusätzliche Energiespeicher kommt vorzugsweise nur kurzzeitig zum Einsatz, um zur Lösung einer Notsituation das Kraftfahrzeug mit dem noch im Betrieb befindlichen Fahrerassistenzsystem kontrolliert zum Stillstand zu bringen. Demzufolge kann der zusätzliche Energiespeicher kleiner als der andere Energiespeicher ausgelegt sein.
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Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme umfasst, deren Funktionen sich zumindest teilweise entsprechen, wobei das Kraftfahrzeug derart ausgestaltet ist, dass im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs bei dessen Fahrt die zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme über einen Laderegler mit elektrischer Energie aus einem Energiespeicher und einer Generatoranordnung versorgt werden, wobei die Generatoranordnung einen oder mehrere elektrische Generatoren zur Wandlung von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umfasst.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist derart eingerichtet, dass zumindest ein vorgegebenes Fahrerassistenzsystem der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme über einen zusätzlich zum Laderegler vorgesehenen Spannungsregler mit elektrischer Energie aus zumindest einem Teil der elektrischen Generatoren der Generatoranordnung versorgt wird, wenn bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Versorgung der zumindest zwei Fahrerassistenzsysteme mit elektrischer Energie über den Laderegler ausfällt
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist vorzugsweise zur Durchführung einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung, welche den Betrieb von redundanten Fahrerassistenzsystemen gemäß dem Stand der Technik wiedergibt; und
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2 eine schematische Darstellung, welche den Betrieb von redundanten Fahrerassistenzsystemen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Kraftfahrzeugs erläutert, welches zwei redundante Fahrerassistenzsysteme umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, wobei das Fahrzeug jedoch gegebenenfalls auch ein Hybridfahrzeug oder auch ein reines Elektrofahrzeug sein kann.
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Die beiden redundanten Fahrerassistenzsysteme sind gleich aufgebaut und führen somit die gleichen Funktionen durch. Nichtsdestotrotz ist es auch möglich, dass die Fahrerassistenzsysteme nur teilweise die gleichen Funktionen durchführen. Vorzugsweise hat jedes der Fahrerassistenzsysteme die Funktion, das Kraftfahrzeug über eine kontrollierte Bremsung automatisch zum Stillstand zu bringen. Vorzugsweise handelt es sich bei den jeweiligen Fahrerassistenzsystemen um solche Systeme, welche ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeugs ermöglichen, d.h. Systeme, welche die Längsführung und die Querführung des Kraftfahrzeugs automatisch steuern. Durch die Verwendung von zwei solchen redundanten Systemen wird erreicht, dass ein autonomer Fahrbetrieb bei Ausfall des einen Systems über das andere System fortgesetzt werden kann bzw. das Fahrzeug kontrolliert zu einem Stillstand gebracht werden kann.
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1 zeigt die Anbindung von redundanten Fahrerassistenzsystemen an ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Die beiden redundanten Fahrerassistenzsysteme sind mit FA1 und FA2 bezeichnet und werden in an sich bekannter Weise über einen Laderegler LR (d.h. einen Spannungsregler mit Ladefunktion) mit Spannung aus dem Bordnetz versorgt. Neben den beiden Fahrerassistenzsystemen hängen an dem Laderegler auch alle weiteren elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs, wie das Lichtsystem des Kraftfahrzeugs, das Navigationssystem und dergleichen. Diese weiteren elektrischen Verbraucher sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht in 1 und auch nicht in der weiter unten beschriebenen 2 gezeigt.
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Das Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfasst in an sich bekannter Weise eine Batterie BA sowie einen elektrischen Generator GE in der Form einer Lichtmaschine. Über den Generator GE wird Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie gewandelt, wobei der Generator auch nur unter bestimmten Bedingungen zur Erzeugung von elektrischer Energie zugeschaltet sein kann. Der Laderegler LR steuert in an sich bekannter Weise die Zufuhr von elektrischer Energie zu den Fahrerassistenzsystemen FA1 und FA2 bzw. den weiteren elektrischen Verbrauchern, indem er eine konstante Spannung für diese Systeme bzw. Geräte bereitstellt. Darüber hinaus steuert der Laderegler den Energiefluss derart, dass der Generator bei überschüssig erzeugter elektrischer Energie die Batterie BA lädt und die Batterie BA den Fahrerassistenzsystemen und den elektrischen Verbrauchern Energie zuführt, falls der Generator nicht in Betrieb ist bzw. nicht ausreichend Energie zur Versorgung dieser Systeme bereitstellt. Mit dem Doppelpfeil zwischen der Batterie BA und dem Laderegler LR wird dabei in 1 angedeutet, dass elektrischer Strom sowohl aus der Batterie als auch in die Batterie fließen kann.
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In der Konfiguration der 1 ist der Betrieb des Kraftfahrzeugs zwar gegen den Ausfall eines der Fahrerassistenzsysteme FA1 und FA2 geschützt. Nichtsdestotrotz wird kein Schutz erreicht, wenn es zu einem Ausfall der Versorgung dieser Fahrerassistenzsysteme mit elektrischem Strom aus dem Laderegler LR kommt, obwohl der Generator GE weiterhin funktionstüchtig ist. Ein solcher Ausfall tritt insbesondere bei einem Kurzschluss im Laderegler LR auf.
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Zur Lösung dieses Problems könnte eine zweite Hilfsbatterie im Fahrzeug verbaut sein, welche ohne Zwischenschaltung des Ladereglers LR zumindest eines der Fahrerassistenzsysteme FA1 und FA2 mit Strom versorgt, wenn die Stromversorgung über das Bordnetz ausfällt. Eine solche zweite Batterie verursacht jedoch zusätzliche Kosten sowie Wartungs- und Überwachungsaufwand. Ferner wird das Gewicht des Kraftfahrzeugs erhöht und somit die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verschlechtert.
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Gemäß der nachfolgend anhand von 2 erläuterten Ausführungsform der Erfindung wird im Falle des Ausfalls des Ladereglers LR eine Fortsetzung der Stromversorgung eines der Fahrerassistenzsysteme über den weiterhin funktionsfähigen Generator GE erreicht. In Analogie zu 1 umfasst die Konfiguration der 2 die beiden redundanten Fahrerassistenzsysteme FA1 und FA2, welche über einen an sich bekannten Laderegler LR mit Strom versorgt werden. Der Laderegler hängt wiederum an dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und wird über die Batterie BA sowie den elektrischen Generator GE gespeist. Im Unterschied zu 1 ist nunmehr jedoch ein weiterer Spannungsregler BR (BR = Backup-Regler) vorgesehen, der den Generator GE unter Umgehung des Ladereglers LR mit dem Fahrerassistenzsystem FA2 verbindet.
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Der Spannungsregler BR wird in der hier beschriebenen Ausführungsform nur dann zur Zufuhr von elektrischer Energie von dem Generator GE zu dem Fahrerassistenzsystem FA2 verwendet, wenn detektiert wird, dass die Fahrerassistenzsysteme FA1 und FA2 nicht mit elektrischer Energie über den Laderegler LR versorgt werden. Dies kann beispielsweise über einen Strom- bzw. Spannungsmesser im Spannungsregler BR festgestellt werden. Zum Beispiel führt ein Kurzschluss im Laderegler LR zu einem Überstrom auf der elektrischen Verbindung zwischen Laderegler LR und Generator GE, was über den Spannungsregler erfasst werden kann.
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Gemäß der Konfiguration der 2 wird somit bei Ausfall der Energieversorgung über den Laderegler LR ein weiterer Spannungsregler BR zugeschaltet, der dann dem Fahrerassistenzsystem FA2 elektrische Energie aus dem Generator GE liefert. Hierdurch kann der autonome Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zumindest temporär fortgesetzt werden bzw. das Kraftfahrzeug kontrolliert zum Stillstand gebracht werden.
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In der Ausführungsform der 1 ist ferner ein Schutzschalter SW in der elektrischen Verbindung zwischen Laderegler LR und Generator GE vorgesehen. Dieser Schutzschalter trennt bei Auftreten eines entsprechenden Überstroms die Verbindung zwischen Laderegler LR und Generator GE, um hierdurch Beschädigungen des Generators zu vermeiden. Anstatt des Schutzschalters SW kann gegebenenfalls auch ein Schalter benutzt werden, der über den Spannungsregler BR angesteuert wird. Falls der Spannungsregler einen Überstrom erfasst, steuert er den Schalter dann derart an, dass dieser die elektrische Verbindung zwischen Laderegler LR und Generator GE unterbricht.
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In der Ausführungsform der 2 ist ferner eine Diode DI zwischen dem Laderegler LR und dem Fahrerassistenzsystem FA2 geschaltet. Diese Diode stellt sicher, dass im Falle eines Kurzschlusses im Laderegler LR kein Kurzschlussstrom in das Fahrerassistenzsystem FA2 fließt. Bei einem solchen Kurzschlussstrom ist das Fahrerassistenzsystem FA2 nicht mehr funktionsfähig.
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In einer Modifikation der anhand von 2 beschriebenen Ausführungsform ist zusätzlich eine Hilfsbatterie an den Spannungsregler BR angeschlossen. Hierdurch wird erreicht, dass das Fahrerassistenzsystem FA2 bei Bedarf auch mit elektrischer Energie aus dieser zusätzlichen Hilfsbatterie versorgt wird. Die Hilfsbatterie kommt vorzugsweise nur kurzzeitig zum Einsatz, um zur Lösung einer Notsituation das Kraftfahrzeug mit dem noch im Betrieb befindlichen Fahrerassistenzsystem kontrolliert zum Stillstand zu bringen. Demzufolge kann die Leistung der Hilfsbatterie geringer ausgelegt sein als die Leistung der Batterie BA.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird die Fortsetzung des Betriebs zumindest eines Fahrerassistenzsystems bei Ausfall der Energieversorgung von zwei redundanten Fahrerassistenzsystemen erreicht. Hierbei kann ganz auf die Verwendung einer zusätzlichen Batterie verzichtet werden oder eine zusätzliche Batterie kann geringere Leistung aufweisen, da zumindest ein Teil der Energieversorgung im Falle eines Ausfalls durch den im Kraftfahrzeug verbauten Generator bereitgestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- BA
- Batterie
- GE
- Generator
- LR
- Laderegler
- FA1, FA2
- Fahrerassistenzsysteme
- BR
- Spannungsregler
- SW
- Schutzschalter
- DI
- Diode
