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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug.
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Im Stand der Technik weitverbreitet sind beispielsweise aus dem Bereich des Individualverkehrs Fahrzeuge, die mit mehreren Rädern ausgestattet sind und bei denen ein oder mehrere Räder mittels einer auf einen Antriebsstrang wirkenden Brennkraftmaschine (z. B. Benzinmotor) angetrieben werden.
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Alternative Antriebskonzepte sehen zum Fahrzeugantrieb, alternativ oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine, wenigstens eine elektrische Antriebseinrichtung vor.
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Für den Straßenverkehr zugelassene Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit einer mechanisch (z. B. mittels Bremspedal oder dergleichen) bedienbaren und/oder hydraulisch angesteuerten und auf ein oder mehrere Räder wirkenden Bremseinrichtung ausgestattet.
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Zum Lenken von Rädern sind mechanisch (z. B. mittels Lenkrad) bedienbaren und/oder elektrisch angesteuerte Lenkeinrichtungen bekannt.
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Seit geraumer Zeit besteht ein Bedarf für Fahrzeuge, die ein teilautomatisches oder vollautomatisches Fahren ermöglichen („autonomes Fahren“), worunter ein Fahren zu verstehen ist, bei welchem die Steuerungsvorgänge des Beschleunigens/Verzögerns und des Lenkens teilweise oder vollständig nicht mehr durch entsprechende Bedienhandlungen eines Fahrzeugnutzers sondern von dem Fahrzeug selbst bewerkstelligt werden.
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Eine erste Herausforderung bei der Entwicklung derartiger autonomer Fahrzeuge besteht darin, z. B. ausgehend von einem zuvor festgelegten Fahrtziel, in automatisierter Weise die „richtigen“ Steuerungsvorgänge durchzuführen. In diesem Zusammenhang benötigt eine Steuereinrichtung des Fahrzeuges fortlaufend aktualisierte Informationen über die aktuelle Fahrzeugposition, die weitere Fahrtroute (z. B. aus einem Navigationssystem) und die Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges (z. B. Positionen anderer Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer, insbesondere vor dem Fahrzeug, Lichtzeichenanlagen, Verkehrsschilder etc.).
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Eine zweite Herausforderung bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge besteht darin, im Falle von Funktionsstörungen eine ausreichende Sicherheit insbesondere im Hinblick auf die Vermeidung von Unfällen zu gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung widmet sich letzterer Problematik, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug bereitzustellen, das insbesondere gut dazu geeignet ist, mit einer Steuereinrichtung ausgestattet zu sein, welche ein teilweise oder vollständig automatisches Fahren ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß eines ersten Aspekts (Anspruch 1) der Erfindung gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges voneinander beabstandete erste Räder (z. B. Hinterräder),
- - zwei ansteuerbare elektrische Antriebseinheiten, die jeweils zum Antreiben eines der beiden ersten Räder ausgebildet sind,
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges voneinander beabstandete zweite Räder (z. B. Vorderräder),
- - zwei ansteuerbare elektrische Lenkeinheiten, die jeweils zum Lenken eines der beiden zweiten Räder ausgebildet sind,
- - zwei ansteuerbare elektrische Bremseinheiten, die jeweils zum Bremsen eines der beiden zweiten Räder ausgebildet sind,
- - ein erstes elektrisches Bordnetz mit einer ersten Energiespeichereinheit zum elektrischen Versorgen einer der beiden Antriebseinheiten, einer der beiden Lenkeinheiten und einer der beiden Bremseinheiten, und ein zweites elektrisches Bordnetz mit einer zweiten Energiespeichereinheit zum elektrischen Versorgen der anderen der beiden Antriebseinheiten, der anderen der beiden Lenkeinheiten und der anderen der beiden Bremseinheiten, und
- - eine Steuereinrichtung, die zum Ansteuern der Antriebseinheiten, der Lenkeinheiten und der Bremseinheiten ausgebildet ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts (Anspruch 2) der Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges voneinander beabstandete erste Räder,
- - zwei ansteuerbare elektrische Antriebseinheiten, die jeweils zum Antreiben eines der beiden ersten Räder ausgebildet sind,
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges voneinander beabstandete zweite Räder,
- - zwei ansteuerbare elektrische Lenkeinheiten, die jeweils zum Lenken eines der beiden zweiten Räder ausgebildet sind,
- - zwei ansteuerbare elektrische Bremseinheiten, die jeweils zum Bremsen eines der beiden zweiten Räder ausgebildet sind,
- - ein erstes elektrisches Bordnetz mit einer ersten Energiespeichereinheit zum elektrischen Versorgen der beiden Antriebseinheiten, und ein zweites elektrisches Bordnetz mit einer zweiten Energiespeichereinheit zum elektrischen Versorgen der beiden Lenkeinheiten und der beiden Bremseinheiten, und
- - eine Steuereinrichtung, die zum Ansteuern der Antriebseinheiten, der Lenkeinheiten und der Bremseinheiten ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann (je nach konkreter Ausgestaltung der Steuereinrichtung und etwaiger zusätzlicher Sensorik- und/oder Kommunikationseinrichtungen des Fahrzeuges) als ein autonomes Fahrzeug ausgebildet werden, da die Steuereinrichtung die Antriebseinheiten, die Lenkeinheiten und die Bremseinheiten elektrisch ansteuert.
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Der Begriff „elektrisch“ im Zusammenhang mit den Antriebseinheiten, Lenkeinheiten und Bremseinheiten bezieht sich insofern auf die elektrische Ansteuerbarkeit dieser Einheiten unter Verwendung einer „elektrischen Versorgungsleistung“ zur Bereitstellung (über das betreffende elektrische Bordnetz) von Energie zur Betätigung der betreffenden Einheit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die „ersten Räder“ in Fahrtrichtung des Fahrzeuges betrachtet hinten und die „zweiten Räder“ vorne angeordnet.
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Das beide Ausführungsvarianten (Anspruch 1 und Anspruch 2) des erfindungsgemäßen Fahrzeuges verbindende Konzept beinhaltet insbesondere die Idee, (wenigstens) zwei voneinander separate elektrische Bordnetze mit jeweiliger Energiespeichereinheit zum elektrischen Versorgen von jeweils (wenigstens) zweifach vorhandenen Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten vorzusehen.
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Damit lässt sich bei der Erfindung ein hohes Maß an Ausfallsicherheit für den Fahrbetrieb gewährleisten. Insbesondere bei einem Ausfall eines der beiden elektrischen Bordnetze, sei es z. B. durch einen Kabelbruch, durch einen Kurzschluss oder durch den Ausfall einer der beiden Energiespeichereinheiten, ermöglicht das Konzept der Erfindung weiterhin die Aufrechterhaltung einer Restfunktionalität, um das Fahrzeug z. B. weiterhin zumindest lenken und bis zum Stillstand verzögern zu können.
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Wesentlich ist in dieser Hinsicht auch eine besonders vorteilhafte Zuordnung zwischen den (wenigstens) zwei elektrischen Bordnetzen einerseits und den jeweils (wenigstens) zweifach ausgeführten Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten.
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Bei der ersten Ausführungsvariante (Anspruch 1) ist es beispielsweise nach Ausfall eines der beiden elektrischen Bordnetze bzw. einer der davon beinhalteten Energiespeichereinheiten weiterhin möglich, zumindest eine Antriebseinheit, eine Lenkeinheit und eine Bremseinheit über das andere (noch funktionierende) der beiden elektrischen Bordnetze zu versorgen, um das Fahrzeug steuern zu können.
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Diese erste Ausführungsvariante der Erfindung kann z. B. besonders vorteilhaft als eine „Diagonalkonfiguration“ ausgebildet sein, bei welcher auf gedachten „Diagonalen“ des Fahrzeuges (von hinten links nach vorne rechts, und von hinten rechts nach vorne links) jeweils Einheiten angeordnet sind, die über dasselbe Bordnetz versorgt werden.
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Bei einer solchen „Diagonalkonfiguration“ können wiederum drei „Untervarianten“ mit jeweils eigenen Vorteilen gewählt werden:
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Bei einer ersten Untervariante gilt für jedes der beiden Bordnetze, dass damit auf einer der beiden Fahrzeugseiten eine Antriebseinheit und eine Bremseinheit und auf der anderen Fahrzeugseite eine Lenkeinheit versorgt wird.
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Bei einer zweiten Untervariante gilt für jedes der Bordnetze, dass damit auf einer Fahrzeugseite eine Antriebseinheit und und auf der anderen Fahrzeugseite eine Lenkeinheit und eine Bremseinheit versorgt wird.
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Bei einer dritten Untervariante gilt für jedes der Bordnetze, dass damit auf einer Fahrzeugseite eine Antriebseinheit und eine Lenkeinheit und auf der anderen Fahrzeugseite eine Bremseinheit versorgt wird.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante (Anspruch 2) ist es beispielsweise nach einem Ausfall des ersten elektrischen Bordnetzes weiterhin möglich, die beiden Lenkeinheiten und die beiden Bremseinheiten über das (noch funktionierende) zweite elektrische Bordnetz zu versorgen, um das Fahrzeug zu lenken und zum Stillstand zu bringen.
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Nach einem Ausfall des zweiten elektrischen Bordnetzes können zwar die Lenk- und Bremseinheiten nicht mehr versorgt werden. Allerdings können dann über das (noch funktionierende) erste Bordnetz beide Antriebseinheiten versorgt werden. Aufgrund des damit bewirkten Antreibens der beiden in Querrichtung des Fahrzeuges voneinander beabstandeten Räder kann hierbei vorteilhaft noch eine gewisse Lenkwirkung erzielt werden, indem durch eine entsprechende individuelle Ansteuerung der beiden Antriebseinheiten unterschiedliche Antriebskräfte an den betreffenden Rädern bewirkt werden. Ein derartiger, auf individueller Ansteuerung der Antriebseinheiten beruhender „Fehlerfall-Lenkbetrieb“ vermag in der Praxis vorteilhaft einen entscheidenden Beitrag zur Vermeidung eines Unfalls zu leisten, etwa indem das Fahrzeug damit bis zum Stillstand auf „der richtigen Spur“ (z. B. entsprechend einem Fahrbahnverlauf) gehalten wird.
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Mithin ist mit der vorliegenden Erfindung eine besondere Bordnetztopologie mit einer bestimmten Aufteilung elektrischer Kreise (elektrische Bordnetze) zur Versorgung sicherheitsrelevanter elektrischer Verbraucher (Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten) geschaffen. Diese Bordnetztopologie ist insbesondere vorteilhaft verwendbar für ein teil- oder vollautomatisches Fahren.
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In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein digitales Kommunikationsbussystem auf, an dem die Steuereinrichtung, die Energiespeichereinheiten, die Antriebseinheiten, die Lenkeinheiten und die Bremseinheiten angeschlossen sind, über welches die Steuereinrichtung die Antriebseinheiten, die Lenkeinheiten und die Bremseinheiten ansteuert.
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Bei dem digitalen Kommunikationsbussystem kann es sich insbesondere um ein Bussystem gemäß eines etablierten Standards handeln (z. B. CAN-Bus, LIN-Bus oder dergleichen).
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In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet, über das digitale Kommunikationsbussystem die ordnungsgemäße Funktion der Energiespeichereinheiten, der Antriebseinheiten, der Lenkeinheiten und der Bremseinheiten zu überwachen.
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Eine derartige Überwachung ermöglicht es der Steuereinrichtung, Fehlerfälle wie insbesondere z. B. einen Ausfall einer der genannten Einheiten festzustellen. Bei derartigen Ereignissen kann die Steuereinrichtung bedarfsweise eine zur Berücksichtigung des Fehlerfalls modifizierte Ansteuerung der Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten vorsehen.
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Eine zur Berücksichtigung eines Fehlerfalles modifizierte Ansteuerung (Fehlerfall-Betriebsmodus) kann insbesondere z. B. vorsehen:
- - z. B. („Fehlerfall-Lenkbetrieb“) nach Ausfall wenigstens einer Lenkeinheit (sei es durch einen Fehler der Lenkeinheit selbst oder des im Normalfall diese Lenkeinheit versorgenden Bordnetzes): Ungleichmäßiges Ansteuern der Antriebseinheiten zur Erzeugung einer Lenkwirkung und/oder ungleichmäßiges Ansteuern der Bremseinheiten zur Erzeugung einer Lenkwirkung und/oder koordiniertes Ansteuern einer Antriebseinheit auf einer Fahrzeugseite und einer Bremseinheit auf der anderen Fahrzeugseite zur Erzeugung einer Lenkwirkung, wobei bei entsprechender Gestaltung der Antriebseinheiten (zur Ansteuerbarkeit eines „Generatormodus“) ein damit bewirktes „Antreiben“ auch negativ, d.h. zum Bremsen der Raddrehbewegung eingesetzt werden kann, und/oder
- - z. B. („Fehlerfall-Bremsbetrieb“) nach Ausfall wenigstens einer Bremseinheit (sei es durch einen Fehler der Bremseinheit selbst oder des im Normalfall diese Bremseinheit versorgenden Bordnetzes): Ansteuern der Antriebseinheiten in einem Generatormodus zur Erzeugung einer Bremswirkung und/oder koordiniertes Ansteuern der Lenkeinheiten in einen „Vorspurmodus“ mit voneinander verschiedenen Lenkwinkeln zur Erzeugung einer Bremswirkung.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung mit einer programmgesteuerten Rechnereinrichtung ausgestattet, um mittels eines darauf ablaufenden Steuerprogramms anhand einer vorgegebenen Fahrtroute selbsttätig entsprechende Steuerbefehle zu erzeugen und an die Antriebseinheiten, die Lenkeinheiten und die Bremseinheiten auszugeben.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Fahrzeug also als ein autonomes Fahrzeug ausgebildet, wobei die Vorgabe der Fahrtroute z. B. mittels eines Navigationssystems des Fahrzeuges bewerkstelligt werden kann, wobei das Navigationssytem z. B. als eine Teilfunktionalität der erwähnten Steuereinrichtung implementiert sein kann.
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In einer Ausführungsform weist die Steuereinrichtung eine elektronische Schaltungsanordnung auf (z. B. umfassend zumindest eine Rechnereinrichtung zur Ausführung des erwähnten Steuerprogramms), die galvanisch getrennt von den beiden elektrischen Bordnetzen ausgeführt ist.
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Hierfür kann die Schaltungsanordnung (oder auch die gesamte Steuereinrichtung) beispielsweise von einer redundanten Energieversorgung, d.h. unabhängig von den beiden elektrischen Bordnetzen versorgt werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist eine Versorgung aus wenigstens einem der beiden elektrischen Bordnetze möglich, wobei die galvanische Trennung z. B. mittels einer entsprechenden Transformation bzw. Spannungswandlung bewerkstelligt sein kann.
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In einer Ausführungsform weist die Steuereinrichtung oder zumindest die genannte Schaltungsanordnung eine redundante Energieversorgung wie z. B. eine wiederaufladbare elektrische Batterie auf, die im Normalbetrieb des Fahrzeuges mit elektrischer Energie aus wenigstens einem der beiden Bordnetze geladen bzw. nachgeladen wird, so dass bei einem Ausfall des betreffenden Bordnetzes ein Weiterbetrieb der Steuereinrichtung bzw. der Schaltungsanordnung gewährleistet ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebseinheiten mittels der Steuereinrichtung jeweils in einen Generatormodus steuerbar sind, um damit eine Bremswirkung am betreffenden der ersten Räder zu erzielen (sei es im Normalfall oder einem Fehlerfall), beispielsweise um damit eine Fahrzeugverzögerung und/oder (in einem Fehlerfall-Lenkbetrieb) eine Lenkwirkung zu bewerkstelligen.
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Die Steuereinrichtung kann hierbei dazu ausgebildet sein, insbesondere im Normalfall eine Rekuperation von elektrischer Energie über das jeweilige der beiden elektrischen Bordnetze in die jeweilige Energiespeichereinheit anzusteuern.
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Alternativ oder zusätzlich zur Rekuperation von Energie in eine Energiespeichereinheit kann insbesondere für einen Fehlerfall-Betriebsmodus auch eine Dissipation der generierten elektrischen Energie (über einen „Kurzschluss“ bzw. niederohmigen Dissipationswiderstand) von der Steuereinrichtung ansteuerbar sein.
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In jedem Fall ist es bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das im Generatormodus erzeugte (und auf das betreffende Rad wirkende) Generatormoment, z. B. gemäß einer Vorgabe durch das Steuerprogramm, einzustellen.
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Vorteilhaft können die Antriebseinheiten in dieser Ausführungsform nicht nur zum Antreiben sondern auch zum Bremsen der jeweiligen Räder genutzt werden.
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Wenn diese Ausführungsform bei einem Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsvariante (Anspruch 1) vorgesehen ist, so ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass nach einem Ausfall eines der beiden elektrischen Bordnetze bei einem durchzuführenden Bremsvorgang zusätzlich zu der über das noch funktionierende andere Bordnetz versorgten Bremseinheit diejenige Antriebseinheit im Generatormodus (zum Bremsen des betreffenden Rades) eingesetzt wird, die auf das Rad „auf der entgegengesetzten Fahrzeugseite“ (bezüglich des mit der Bremseinheit gebremsten Rades) wirkt. Ein solche Maßnahme in einem „Fehlerfall-Bremsbetrieb“ kann von der Steuereinrichtung z.B. auch dann initiiert werden, wenn eine der beiden Bremseinheiten selbst ausfällt.
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Wenn diese Ausführungsform bei der zweiten Ausführungsvariante des Fahrzeuges (Anspruch 2) vorgesehen ist, so ist in einer vorteilhaften Weiterbildung die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass nach einem Ausfall des zweiten elektrischen Bordnetzes für einen durchzuführenden Bremsvorgang die beiden noch funktionierenden Antriebseinheiten im Generatormodus (zum Bremsen) betrieben werden und/oder für einen durchzuführenden Lenkvorgang diese beiden Antriebseinheiten entsprechend unterschiedlich angesteuert werden (zur Erzeugung eines auf das Fahrzeug wirkenden “Giermoments).
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist bevorzugt mit einem Antiblockiersystem (ABS) zur Vermeidung eines Blockierens von Rädern beim Bremsen des Fahrzeuges ausgestattet. Das ABS kann hierbei als eine Funktionalität der Steuereinrichtung implementiert sein, indem während der Ansteuerung einer jeweiligen Bremseinheit eine Überwachung der Drehgeschwindigkeit des betreffenden Rades erfolgt, um bei Detektion eines Blockierens oder drohenden Blockierens das Ausmaß der Bremsansteuerung geeignet zu reduzieren. Bei der konkreten Ausgestaltung kann auf diesbezüglichen Stand der Technik zurückgegriffen werden und insbesondere z. B. nach jeder Detektion eines Blockierens ein kurzzeitiges Lösen der Bremse angesteuert werden.
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Falls die Antriebseinheiten mittels der Steuereinrichtung jeweils in einen Generatormodus steuerbar sind, so kann ein ABS des Fahrzeuges auch für die in dieser Weise gebremsten Räder vorgesehen sein, indem auch für diese Räder während der Ansteuerung des Generatormodus der jeweiligen Antriebseinheit die Drehgeschwindigkeit des betreffenden Rades überwacht wird, um bedarfsweise (bei der Detektion eines Blockierens bzw. einer Blockiergefahr) ein geeignet verringertes Generatormoment anzusteuern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug dazu ausgebildet, ein automatisches, insbesondere vollautomatisches Fahren zu gestatten.
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Insbesondere kann das Fahrzeug z. B. ohne eine konventionelle hydraulische Betriebsbremse und/oder ein herkömmliches zentrales Lenksystem mit einem Lenkrad ausgestattet sein.
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Die Verzögerung des Fahrzeuges kann im Normallfall insbesondere lediglich durch die beiden elektrischen Bremseinheiten sowie bei entsprechender Ausgestaltung gegebenenfalls zusätzlich durch die elektrischen Antriebseinheiten bewerkstelligt sein, wobei für letzteres die Antriebseinheiten in einen Generatormodus steuerbar auszubilden sind.
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Zur Realisierung des autonomen Fahrens kann die Steuereinrichtung des Fahrzeuges dazu ausgebildet sein, mittels entsprechender Kommunikations- und/oder Sensorikeinrichtungen fortlaufend aktualisierte Informationen über die aktuelle Fahrzeugposition, die weitere Fahrtroute und die Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges erfassen, um z. B. mittels des erwähnten Steuerprogramms eine „Normalfall-Ansteuerung“ der Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten zu bewirken. Bei Detektion eines Ausfalls wenigstens einer dieser Einheiten und/oder eines der elektrischen Bordnetze kann durch die Steuereinrichtung bzw. das Steuerprogramm vorgesehen sein, dass die noch betreibbaren der genannten Einheiten in einem „Fehlerfall-Betriebsmodus“ ansteuert werden, z. B. um (zumindest bei gravierendem Fehler) das Fahrzeug zum Stillstand zu verzögern und hierbei zu lenken.
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Der „Fehlerfall-Betriebsmodus“ kann insbesondere den bereits erwähnten Fehlerfall-Bremsbetrieb und/oder Fehlerfall-Lenkbetrieb umfassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
- 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeuges gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, und
- 2 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeuges gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, aufweisend
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges 10 voneinander beabstandete Hinterräder 12-1 (links) und 12-2 (rechts),
- - zwei ansteuerbare elektrische Antriebseinheiten 14-1 und 14-2, die jeweils zum Antreiben eines der beiden Hinterräder 12-1 und 12-2 ausgebildet sind,
- - zwei in Querrichtung des Fahrzeuges 10 beabstandete Vorderräder 16-1 und 16-2,
- - zwei ansteuerbare elektrische Lenkeinheiten 18-1 und 18-2, die jeweils zum Lenken eines der beiden Vorderräder 16-1 und 16-2 ausgebildet sind,
- - zwei ansteuerbare elektrische Bremseinheiten 20-1 und 20-2, die jeweils zum Bremsen eines der beiden Vorderräder 16-1 und 16-2 ausgebildet sind,
- - ein erstes elektrisches Bordnetz 30-1 mit einer ersten Energiespeichereinheit 32-1 zum elektrischen Versorgen der Antriebseinheit 14-1, der Lenkeinheit 18-2 und der Bremseinheit 20-1, und ein zweites elektrisches Bordnetz 30-2 mit einer zweiten Energiespeichereinheit 32-2 zum elektrischen Versorgen der Antriebseinheit 14-2, der Lenkeinheit 18-1 und der Bremseinheit 20-2, und
- - eine Steuereinrichtung 40, die zum Ansteuern der Antriebseinheiten 14-1 und 14-2, der Lenkeinheiten 18-1 und 18-2 und der Bremseinheiten 20-1 und 20-2 ausgebildet ist.
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Die Bezugszahlen von im Ausführungsbeipiel zweifach (z. B. links und rechts von der Fahrzeugmitte) vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, wie z. B. den Hinterrädern 12-1 und 12-2, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und die Zahl „1“ bzw. „2“). Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 10 ein vierrädriger zweispuriger PKW mit Hinterradantrieb. Abweichend von diesem Beispiel könnte auch ein Vorderradantrieb vorgesehen sein, indem die Antriebseinheiten 14 auf die Vorderräder 16 und die Lenk- und Bremseinheiten 18 und 20 auf die Hinterräder 12 wirkend angeordnet werden.
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Die Antriebseinheiten 14 sind im dargestellten Beispiel jeweils auch in einen Generatormodus steuerbar, um eine Bremswirkung und somit Fahrzeugverzögerung mit Rekuperation von elektrischer Energie bewerkstelligen zu können.
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Die Lenkeinheiten 18 sind im Beispiel als elektromechanische Lenkeinheiten jeweils umfassend einen elektrischen Lenkantrieb und ein eine Drehbewegung dieses Lenkantriebs in eine entsprechende Lenkbewegung umwandelnde Mechanik ausgebildet.
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Die Bremseinheiten 20 sind im Beispiel als elektromechanische Bremseinheiten jeweils umfassend einen elektrischen Bremsantrieb und eine die Drehbewegung dieses Bremsantriebs in eine z. B. Bremsbacken verlagernde Bewegung umsetzende Mechanik ausgebildet.
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Die beiden elektrischen Bordnetze 30 dienen zur elektrischen Versorgung der Einheiten 14, 18 und 20, d.h. der Bereitstellung der zum Betrieb der jeweiligen elektrischen Antriebe erforderlichen elektrischen Energie. Die Energiespeichereinheiten 32 sind im Beispiel als wiederaufladbare Batterien (z. B. Lithium-Ionen-Akkumulatoren) ausgebildet.
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Die Steuereinrichtung 40 ist im Beispiel durch eine (nicht dargestellte) weitere Energiespeichereinheit (z. B. Lithium-Ionen-Akkumulator) elektrisch versorgt, die wiederum bedarfsweise aus den elektrischen Bordnetzen 30 geladen bzw. nachgeladen wird. Dieses Laden erfolgt über eine spannungswandelnde Kopplung des aus Steuereinrichtung 40 und zugeordneter weiterer Energiespeichereinheit einerseits und den elektrischen Bordnetzen 30 andererseits, wobei diese Kopplung eine galvanische Trennung zwischen den Bordnetzen 30 einerseits und der Steuereinrichtung 40 andererseits vorsieht.
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Die Steuereinrichtung 40 ist mit einer programmgesteuerten Rechnereinrichtung ausgestattet, um mittels eines darauf ablaufenden Steuerprogramms entsprechende Steuerbefehle zu erzeugen und über einen digitalen Kommunikationsbus 42 an die Antriebseinheiten 14, die Lenkeinheiten 18 und die Bremseinheiten 20 auszugeben.
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Zu diesem Zweck sind die Steuereinrichtung 40 sowie die Einheiten 14, 18 und 20 jeweils mit einer digitalen Schnittstelleneinrichtung ausgestattet.
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Im Beispiel wird derselbe Kommunikationsbus 42 ferner dazu verwendet, die ordnungsgemäße Funktion der Energiespeichereinheiten 32, der Antriebseinheiten 14, der Lenkeinheiten 18 und der Bremseinheiten 20 zu überwachen. Diese Überwachung wird durch die Steuereinrichtung 40 durchgeführt, die z. B. entsprechende Fehlermeldungen über den Kommunikationsbus 42 erhalten kann.
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Im dargestellten Beispiel ist das Fahrzeug als ein autonomes Fahrzeug ausgebildet, bei dem mittels des genannten Steuerprogramms anhand einer (z. B. vorab in einem Navigationssystem festgelegten) Fahrtroute die genannten Steuerbefehle selbsttätig erzeugt und ausgegeben werden und somit ein vollautomatisches Fahren (ohne das Erfordernis von Bedienhandlungen eines Fahrers bzw. Passagiers während der Fahrt) ermöglicht ist.
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Hinsichtlich der „Aufteilung der (durch die elektrischen Bordnetze 30-1 und 30-2 implementierten) elektrischen Kreise“ zur Versorgung der paarweise angeordneten Einheiten 14, 18, 20 ist mit dem dargestellten Fahrzeug 10 eine „erste Ausführungsvariante“ realisiert, bei welcher das erste Bordnetz 30-1 zum Versorgen einer der Antriebseinheiten 14, einer der Lenkeinheiten 18 und einer der Bremseinheiten 20 vorgesehen ist, wohingegen das zweite Bordnetz 30-2 zum Versorgen der jeweils anderen der beiden Antriebseinheiten 14, Lenkeinheiten 18 und Bremseinheiten 20 vorgesehen ist.
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Wie in 1 dargestellt, ist es hierbei vorteilhaft, wenn jedes der beiden elektrischen Bordnetze 30-1 und 30-2 jeweils eine der beiden Antriebseinheiten 14 auf einer bestimmten Fahrzeugseite (in Querrichtung betrachtet) versorgt und gleichzeitig auf der entgegengesetzten Fahrzeugseite eine der Lenkeinheiten 18 versorgt.
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Diese Ausführungsform kann insofern auch als eine „Diagonalkonfiguration“ bezeichnet werden, da auf „Diagonalen“ (von hinten links nach vorne rechts, und von hinten rechts nach vorne links) jeweils Einheiten (14, 18, 20) angeordnet sind, die über dasselbe Bordnetz versorgt werden.
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Abweichend von der in 1 dargestellten Diagonalkonfiguration könnte bei der Versorgung einer Antriebseinheit 14 auf einer bestimmten Fahrzeugseite (links oder rechts) durch eines der elektrischen Bordnetze gemäß anderer „Diagonalkonfigurationen“ auch vorgesehen sein, dass dasselbe Bordnetz gleichzeitig auf der anderen Fahrzeugseite (rechts bzw. links) alternativ oder zusätzlich zu der betreffenden Lenkeinheit 18 die betreffende Bremseinheit 20 versorgt. Diesbezüglich kann z. B. vorgesehen werden, dass jedes der beiden Bordnetze auf einer der beiden Fahrzeugseiten eine Antriebseinheit und auf der anderen Fahrzeugseite eine Lenkeinheit und eine Bremseinheit versorgt. Diese Variante ermöglicht in vielen Anwendungsfällen bzw. Situationen nach Ausfall eines der Bordnetze eine besonders gute Kompensation eines durch „einseitigen Antrieb“ hervorgerufenen Giermoments.
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Jede der erläuterten Diagonalkonfigurationen ist in einem Fehlerfall, bei welchem z. B. eines der elektrischen Bordnetze 30 ausfällt, insofern sehr vorteilhaft, als mittels des verbleibenden anderen Bordnetzes 30 weiterhin Einheiten an einem Paar diagonal angeordneter Räder weiterbetrieben werden können.
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Für einen derartigen Fehlerfall kann die Steuereinrichtung 40 (z. B. programmgesteuert) eine gegenüber einer „Normalfall-Ansteuerung“ geeignet modifizierte „Fehlerfall-Ansteuerung“ der noch funktionierenden Antriebs-, Lenk- und Bremseinheiten bewirken.
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Bei einer derartigen Fehlerfall-Ansteuerung wird es in der Praxis oftmals nurmehr darum gehen, das Fahrzeug 10 kontrolliert bis zum Stillstand zu verzögern und hierbei zu lenken.
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Zur Verzögerung kann die noch funktionierende Bremseinheit 20 verwendet werden, wobei deren Bremswirkung gleichzeitig ein Gieren des Fahrzeuges 10 bewirkt. Dieses Giermoment kann jedoch durch entsprechend angepasste Ansteuerung der noch funktionierenden Lenkeinheit 18 wenigstens teilweise kompensiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich zur Kompensation des Giermoments mittels der Lenkeinheit 18 kommt bei rekuperationsfähigen Antriebseinheiten 14 in Betracht, die noch funktionierende Antriebseinheit 14 im Rekuperations- bzw. Generatormodus zu betreiben, um damit eine Kompensationswirkung zu erzielen.
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Das Lenken des Fahrzeuges 10 kann mit der noch funktionierenden Lenkeinheit 18 erfolgen, wobei bevorzugt ein zusätzliches, diese „nur einseitige“ Lenkung unterstützendes Giermoment erzeugt wird durch eine Ansteuerung des noch funktionierenden Paars aus Antriebseinheit 14 und Bremseinheit 20.
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2 zeigt ein Fahrzeug 10a, bei welchem ein erstes elektrisches Bordnetz 30a-1 mit einer ersten Energiespeichereinheit 32a-1 zum elektrischen Versorgen von zwei Antriebseinheiten 14a-1 und 14a-2 vorgesehen ist, und ein zweites elektrisches Bordnetz 30a-2 mit einer zweiten Energiespeichereinheit 32a-2 zum elektrischen Versorgen von zwei Lenkeinheiten 18a-1 und 18a-2 und zwei Bremseinheiten 20a-1 und 20a-2 vorgesehen ist.
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Dieses Ausführungsbeispiel kann insofern als „Vorne/Hinten-Konfiguration“ bezeichnet werden, als jedes der beiden Bordnetze 32a-1 und 32a-2 jeweils Einheiten versorgt, die entweder an einem hinteren Paar von Rädern oder an einem vorderen Paar von Rädern des Fahrzeuges 10a wirken.
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Bei einem Ausfall eines der Bordnetze 30a können vorteilhaft die von dem (noch funktionierenden) anderen Bordnetz 30a versorgten Einheiten eines Radpaars betrieben werden.
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Falls beispielsweise das erste Bordnetz 30a-1 ausfällt, so kann das Fahrzeug 10a vorteilhaft mittels der an Vorderrädern 16a angeordneten Bremseinheiten 20a und Lenkeinheiten 18a bis zum Stillstand verzögert und hierbei auch gelenkt werden.
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Falls das zweite Bordnetz 30a-2 ausfällt, so kann im Falle rekuperationsfähiger Antriebseinheiten 14a-1 und 14a-2 an Hiterrädern 12a-1 und 12a-2 mittels dieser Antriebseinheiten 14a im Rekuperations- bzw. Generatormodus das Fahrzeug 10a bis zum Stillstand verzögert werden.
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Ein gewisses Maß an Lenkbarkeit des Fahrzeuges 10a ergibt sich hierbei durch die Möglichkeit, bei einem derartigen Fehlerfall- bzw. Notfallbetrieb an den beiden Rädern 12a-1 und 12a-2 unterschiedliche Verzögerungskräfte wirken zu lassen, indem die beiden Antriebseinheiten 14a-1 und 14a-2 entsprechend unterschiedlich angesteuert werden.
