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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für ein automatisiertes Parkbremssystem eines Fahrzeuges, ein Verfahren zur Absicherung eines automatisierten Parkvorgangs eines Fahrzeuges und ein Fahrzeug.
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Heutzutage existieren unterschiedliche Automatisierungsgrade für verschiedene Fahrsituationen von Fahrzeugen. Jeder Automatisierungsgrad stellt für jede Fahrsituation eine neue Herausforderung bezüglich der Entwicklung von Sicherheitskonzepten dar. Insbesondere ist es bei einem hochautomatisierten Parkvorgang, der beispielsweise ohne Insassen von dem Fahrzeug durchgeführt werden kann, wichtig, dass eine Ausfallsicherheit gewährleistet wird. Diese Ausfallsicherheit kann insbesondere primär eine Batterie eines Bordnetzes betreffen, durch welche die Energie für einen hochautomatisierten Parkvorgang bereitgestellt wird. Insbesondere ist es hier wichtig, im Falle eines Ausfalls dieser Batterie eine Notbremsung während des hochautomatisierten Parkvorgangs durchführen zu können.
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DE 10 2015 110 968 A1 beschreibt diesbezüglich ein Fahrzeugparksystem-Ausfall-Management, bei dem eine erste Energiequelle mit einem automatisierten Antriebsstranguntersystem und einem Parkuntersystem verbunden ist, welches eingerichtet ist, ein Bremsmodul zu betätigen. Im Falle eines Ausfalls eines ersten Untersystems, welches die vorgenannten Komponenten einschließt, wird ein zweites Untersystem, umfassend ein Bremsuntersystem mit einem Bremsmodul und einer zweiten Energiequelle, aktiviert.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Modul für ein automatisiertes Parkbremssystem eines Fahrzeuges. Das Modul umfasst hierbei insbesondere einen Bremsaktuator, vorzugsweise einen Bremskolben, der in eine Bremsstellung und eine Nicht-Bremsstellung bewegbar ist. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Modul eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor zum Bewegen des Bremsaktuators. Überdies umfasst das erfindungsgemäße Modul eine Anordnung kapazitiver Energiespeicher. Die Anordnung kapazitiver Energiespeicher umfasst insbesondere mindestens einen kapazitiven Energiespeicher. Insbesondere kann die Anordnung kapazitiver Energiespeicher 1 bis 1000, insbesondere 10 bis 100, kapazitive Energiespeicher umfassen. Diese kapazitiven Energiespeicher können beispielsweise in einem Bordnetz des Fahrzeuges und/oder in Steuergeräten des Fahrzeuges angeordnet sein. Ein kapazitiver Energiespeicher kann beispielsweise einen Kondensator, vorzugsweise einen Pufferkondensator, umfassen. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Modul ein erstes Steuergerät, beispielsweise eine CPU und/oder einen Mikrocontroller und/oder eine ECU, wobei das erste Steuergerät eingerichtet ist, eine Stromübertragung zwischen der Anordnung kapazitiver Energiespeicher und der Antriebseinheit zu steuern. Hierbei ist das erste Steuergerät insbesondere eingerichtet, bei einem Ausfall einer Stromversorgung des Elektromotors ein Bestromen des Elektromotors mit der in der Anordnung kapazitiver Energiespeicher gespeicherten Energie zu ermöglichen, um den Bremsaktuator in die Bremsstellung zu bewegen. Die Stromversorgung des Elektromotors kann insbesondere vor dem Ausfall, d.h. während einer fehlerfreien Stromversorgung des Elektromotors während des Parkvorgangs, durch eine Batterie eines Bordnetzes des Fahrzeuges erfolgen. Mit anderen Worten kann durch das erfindungsgemäße Modul ein Notbremssystem für einen automatisierten Parkvorgang bereitgestellt werden, wobei das Fahrzeug im Falle eines Ausfalls einer Stromversorgung des Elektromotors, insbesondere eines Ausfalls eines Bordnetzes, gebremst werden kann, indem Energie der Anordnung kapazitiver Energiespeicher hierfür verwendet wird. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßer automatisierter Parkvorgang dahingehend zu verstehen, dass dieser mindestens auf einer Autonomiestufe von „3“ gemäß der Definition der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführt wird. Im Falle eines automatisierten Parkvorgangs kann zunächst der Bremsaktuator durch die Antriebseinheit mit dem Elektromotor in die Bremsstellung bewegt werden. Beispielsweise können der Anwender des Fahrzeuges und/oder weitere Insassen des Fahrzeuges aus dem Fahrzeug aussteigen, während sich der Bremsaktuator in der Bremsstellung befindet. Nach dem Aussteigen kann insbesondere der Anwender des Fahrzeuges den automatisierten Parkvorgang auslösen. Dies kann beispielsweise per Knopfdruck auf einem Funkschlüssel und/oder durch ein Smartphone und/oder durch das Schließen der Türe des Fahrzeuges erfolgen. Auf diese Weise wird der automatisierte Parkvorgang insbesondere initiiert. Dabei kann der Bremsaktuator in eine Nicht-Bremsstellung bewegt werden. Nach der Initiierung kann das erste Steuergerät insbesondere die Stromversorgung des Elektromotors durch eine Batterie des Bordnetzes überwachen. Sobald das erste Steuergerät beispielsweise erkennt, dass die Stromversorgung des Elektromotors ausfällt, kann die Steuereinheit eine Stromversorgung zwischen kapazitiven Energiespeichern derart steuern, dass der Elektromotor mit der Energie, welche in der Anordnung kapazitiver Energiespeicher gespeichert ist, versorgt wird, um den Bremsaktuator in die Bremsstellung zu bewegen. Somit kann erfindungsgemäß insbesondere ein Notbremssystem bereitgestellt werden, welches im Falle des Ausfalls einer Stromversorgung eines Elektromotors genug Energie aufbringt, um das Fahrzeug zu bremsen. Das erfindungsgemäße Modul kann insbesondere eingerichtet sein, einen Reifen während des automatisierten Parkvorgangs zu bremsen. Überdies kann das erfindungsgemäße Modul insbesondere eingerichtet sein, zwei oder drei oder vier oder mehrere Reifen während des automatisierten Parkvorgangs zu bremsen. Durch das vorbeschriebene erfindungsgemäße Modul kann ein Fahrzeug auf die vorbeschriebene Art und Weise sicher verzögert werden. Somit wird die Umgebungssicherheit während des automatisierten Parkvorgangs verbessert. Auf diese Weise kann durch das erfindungsgemäße Modul gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anordnungen, welche über einen komplizierten Aufbau verfügen, ein vereinfachtes Notbremssystem für einen automatisierten Parkvorgang bereitgestellt werden, wobei das erfindungsgemäße Modul durch geringe Modifikationen gewöhnlicher Fahrzeuginfrastrukturen realisierbar ist. Somit können gegenüber anderen Notbremssystemen für automatisierte Parkvorgänge Kosten eingespart werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Moduls kann die Anordnung kapazitiver Energiespeicher mindestens einen Pufferkondensator und/oder einen Zwischenkreiskondensator des ersten Steuergerätes und/oder eines zweiten Steuergerätes und/oder mindestens einen Kondensator eines Bordnetzes des Fahrzeuges umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung kapazitiver Energiespeicher auch einen Zwischenkreisfilter umfassen. Hierbei sind insbesondere Pufferkondensatoren bzw. Zwischenkreiskondensatoren oder Kondensatoren des Bordnetzes notwendige Bauteile, welche sich in einer Fahrzeuginfrastruktur wiederfinden. Somit kann die Energie, welche notwendig ist, um ein Fahrzeug innerhalb eines automatisierten Parkvorgangs zum Stillstand zu bringen bzw. zu bremsen insbesondere aus den vorgenannten kapazitiven Energiespeichern bezogen werden. Hierbei können insbesondere sämtliche kapazitive Energiespeicher, welche innerhalb einer Fahrzeuginfrastruktur vorhanden sind, verwendet werden, um den Elektromotor zu bestromen, damit der Bremsaktuator in eine Bremsstellung bewegbar ist. Auf diese Weise kann eine ohnehin vorhandene Energie innerhalb der Infrastruktur eines Fahrzeuges verwendet werden, um ein Notbremssystem bereitzustellen. Entsprechend erfordert ein erfindungsgemäßes Modul lediglich geringe Modifikationen einer Fahrzeuginfrastruktur.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls umfasst dieses einen alternativen Schaltpfad zu einem primären Schaltpfad zwischen dem Elektromotor und einem nicht-kapazitiven Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie, wobei der alternative Schaltpfad und die Anordnung kapazitiver Energiespeicher mit dem Elektromotor elektrisch über den alternativen Schaltpfad verbindbar sind und der alternative Schaltpfad durch das erste Steuergerät schaltbar ist. Mit anderen Worten ist der Schaltpfad zwischen der Anordnung kapazitiver Energiespeicher und dem Elektromotor während der einwandfreien Funktionsweise des Elektromotors nicht zugeschaltet, da hierbei der Elektromotor auf einen nicht-kapazitiven Energiespeicher des Fahrzeuges, beispielsweise eine Batterie, zurückgreifen kann. Erst bei einem Ausfall des Bordnetzes kann dieser alternative Schaltpfad geschaltet werden, um den Elektromotor zum Bewegen des Bremsaktuators in die Bremsstellung zu bestromen. Dies hat insbesondere zum Vorteil, dass die für einen Notbremsvorgang zur Verfügung stehende Energie erst im Bedarfsfall abgerufen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls ist das erste Steuergerät eingerichtet, einen Eigenbetrieb über eine gespeicherte Energie eines kapazitiven Energiespeichers, beispielsweise eines Pufferkondensators des ersten Steuergerätes, der Anordnung kapazitiver Energiespeicher zu gewährleisten. Dies hat insbesondere zum Vorteil, dass im Falle eines vollständigen Ausfalls der Stromversorgung des Elektromotors gewährleistet ist, dass das erste Steuergerät für die Notbremsung weiter betrieben werden kann und zudem die Stromversorgung des Elektromotors steuern kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls ist das erste Steuergerät eingerichtet, den Ausfall der Stromversorgung zu erkennen. Dies hat insbesondere zum Vorteil, dass das erste Steuergerät unmittelbar bei einem Ausfall der Stromversorgung, insbesondere des Bordnetzes direkt reagieren kann und somit eine direkte Notbremsung bzw. eine Bewegung des Bremsaktuators in die Bremsstellung, um das Fahrzeug zu bremsen, möglich ist.
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Insbesondere kann das erste Steuergerät innerhalb des erfindungsgemäßen Moduls ein ESP-Steuergerät und/oder ein zusätzlich zur ohnehin vorhandenen Fahrzeugstruktur implementiertes Steuergerät umfassen.
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Die folgenden erfindungsgemäßen Aspekte weisen die vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen mit den wie vorstehend genannten Merkmalen sowie die generellen Vorteile des erfindungsgemäßen Moduls und die jeweils damit verbundenen technischen Effekte entsprechend auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb auf eine erneute Aufzählung verzichtet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Absicherung eines automatisierten Parkvorgangs eines Fahrzeuges. In einem ersten Schritt wird insbesondere mindestens ein kapazitiver Energiespeicher einer Anordnung kapazitiver Energiespeicher aufgeladen. Dies kann insbesondere über eine Batterie eines Bordnetzes des Fahrzeuges erfolgen. In einem weiteren Schritt erfolgt insbesondere ein Bewegen eines Bremsaktuators in eine Nichtbremsstellung, um den Fahrvorgang innerhalb des automatisierten Parkvorganges zu initiieren. Hierbei wird insbesondere über ein erstes Steuergerät der Ladezustand des kapazitiven Energiespeichers der Anordnung kapazitiver Energiespeicher während des gesamten automatisierten Parkvorgangs aufrechterhalten. Insbesondere wird eine in dem kapazitiven Energiespeicher gespeicherte Energie mit Hilfe des ersten Steuergeräts für den Fall eines Ausfalls einer Energieversorgung einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor aufweist, zum Bewegen des Bremsaktuators in eine Bremsstellung verwendet, um das Fahrzeug zu bremsen. Wenn die Energieversorgung der Antriebseinheit jedoch nicht ausfällt, kann der automatische Parkvorgang wie gewohnt stattfinden, indem der Bremsaktuator durch den Elektromotor, welcher insbesondere auf eine fahrzeugseitige Energiequelle zurückgreift, bewegt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst der kapazitive Energiespeicher einen Pufferkondensator und/oder einen Zwischenkreiskondensator.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses den Schritt eines Vorpositionierens des Bremsaktuators, so dass der Bremsaktuator einen kürzeren Weg hat, um in die Bremsstellung bewegt zu werden. Auf diese Weise kann der Energiebedarf der Bewegung des Bremsaktuators von der Nicht-Bremsstellung in die Bremsstellung verringert werden. Im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung muss somit weniger Energie aus dem kapazitiven Energiespeicher der Anordnung kapazitiver Energiespeicher verwendet werden, um das Fahrzeug zu bremsen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt eines Erhöhens einer mit der Stromversorgung korrelierten Spannung zum Aufladen des kapazitiven Energiespeichers. Hierbei kann insbesondere die Spannung auf 15 bis 20 Volt angehoben werden, womit mehr Energie für den kapazitiven Energiespeicher gemäß der Gleichung ε = ½ CU2 bereitsteht. Hierbei sind ε die Energie des kapazitiven Energiespeichers, C die Kapazität des kapazitiven Energiespeichers und U die Betriebsspannung des kapazitiven Energiespeichers.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug umfassend ein Modul gemäß dem ersten Erfindungsaspekt.
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Als Fahrzeuge im Sinne der Erfindung kommen zum Beispiel Automobile, insbesondere PKW und/oder LKW und/oder Motorräder und/oder Busse in Frage.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- 2 eine Ausführungsform einer Anordnung kapazitiver Elemente;
- 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges; und
- 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Illustration einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 10. Hierbei ist eine Batterie 7 eingerichtet, eine Bordnetzelektronik 5 mit Strom zu versorgen. Überdies ist die Batterie 7 eingerichtet, einen Elektromotor 6 über einen primären Schaltpfad 3 mit Strom zu versorgen, so dass der Elektromotor 6 den Bremsaktuator 4 während eines automatisierten Parkvorgangs in eine Bremsstellung oder eine Nicht-Bremsstellung bewegen kann. Zwischen der Batterie 7 und der Bordnetzelektronik 5, welche beispielsweise Steuergeräte umfassen kann, ist ein erster Kondensator 1a, beispielsweise ein Pufferkondensator, angeordnet, um kurzzeitige Unterbrechungen in der Spannungsversorgung zu überbrücken. Beispielsweise kann der erste Kondensator 1a eine Kapazität von 50 bis 700 µF aufweisen. Somit kann der Elektromotor 6 bei einer einwandfreien Stromversorgung durch die Batterie 7 betrieben werden. Im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung durch die Batterie 7 kann das erste Steuergerät 8a den ersten Schalter 9a schließen. Auf diese Weise kann Strom vom ersten Kondensator 1a über den alternativen Schaltpfad 2 zum Elektromotor 6 fließen, um diesen zu betreiben. Insbesondere verläuft der alternative Schaltpfad 2 hierbei elektrisch parallel zum primären Schaltpfad 3, um von diesem unabhängig zu sein. Ferner kann ein zweites Steuergerät 8b eingerichtet sein, einen Stromausfall zu erkennen und das erste Steuergerät 8a zu veranlassen, den ersten Schalter 9a zu schalten. Ferner kann ebenso ein hier nicht gezeigter Kondensator aus dem Steuergerät 8b oder der Bordnetzelektronik 5 verwendet werden, um den Elektromotor zu betreiben, um den Bremsaktuator 4 in eine Bremsstellung zu bewegen, um das Fahrzeug in den Stillstand zu verzögern.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung kapazitiver Elemente 20. Die Anordnung kapazitiver Elemente 20 umfasst einen ersten bis fünften Kondensator 1a bis 1e. Der erste bis vierte Kondensator 1a bis 1d ist jeweils eingerichtet, als Pufferkondensator für eine erst bis vierte Bordnetzelektronik zu dienen. Der fünfte Kondensator 1e ist der Pufferkondensator des ersten Steuergeräts 8a. Die Batterie 7 versorgt hier den nicht gezeigten Elektromotor 6 über einen primären Schaltpfad 3. Bei Ausfall der Stromversorgung über den primären Schaltpfad 3 kann die erste Steuereinheit 8a dies erkennen und den ersten bis vierten Schalter 9a bis 9d schalten, wodurch der alternative zweite Schaltpfad 2 zugeschaltet wird, um den nicht gezeigten Elektromotor zu bestromen. Hierbei kann das erste Steuergerät die gespeicherte Energie der Kondensatoren 1a bis 1e über den alternativen Schaltpfad schalten, damit genügend Energie vorhanden ist, um das Fahrzeug zu bremsen.
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3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 30 in Form eines Automobils. Hierbei können die Hinterräder 17 durch das erfindungsgemäße Modul 10 während eines automatischen Parkvorgangs blockiert werden, um das Fahrzeug 30 zu bremsen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird hierbei in einem ersten Schritt 100 eine mit der Stromquelle, insbesondere der Batterie 7, korrelierte Spannung zum Aufladen eines kapazitiven Energiespeichers 1a erhöht. In einem zweiten Schritt 200 erfolgt ein Aufladen der kapazitiven Energiespeicher 1a bis 1e einer Anordnung kapazitiver Energiespeicher 20. In einem dritten Schritt erfolgt hierbei das Bewegen des Bremsaktuators 4 in eine Nicht-Bremsstellung, wonach in einem vierten Schritt 400 ein Vorpositionieren des Bremsaktuators 4 erfolgt, um den Energiebedarf der Bewegung des Bremsaktuators 4 von der Nicht-Bremsstellung in die Bremsstellung im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung, beispielsweise durch die Batterie 7, zu verringern. In einem fünften Schritt 500 wird im Falle eines Ausfalls der Energieversorgung des Elektromotors 6 die Batterie 7 die in dem kapazitiven Energiespeicher 1a bis 1e gespeicherte Energie verwendet, um den Bremsaktuator 4 in eine Bremsstellung zu bewegen, um das Fahrzeug 30 zu bremsen.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei in der Folge ein Anwendungsbeispiel ausgeführt.
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In einem Fahrzeug befinden sich 100 Steuergeräte, die jeweils mit einem kapazitiven Energiespeicher in der Größenordnung von 200µF ausgestattet sind. Durch Aufladen dieser kapazitiven Energiespeicher mit einer Spannung von 18V ergibt sich eine insgesamt gespeicherte Energie von 3,24 Joule gemäß der Gleichung:
Um das Fahrzeug im Falle eines Bordnetzausfalls durch Schließen der Parkbremse in den Stillstand zu bringen, reicht es aus, an einer Radseite eine Klemmkraft von 3 kN (entspricht 3 Ampere Abschaltstrom beim Zuspannen) anzubringen.
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Insbesondere kann der Bremsaktuator vorgespannt werden, um diesen Energiebedarf zu verringern.
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Die Energie, die für einen Bremsvorgang benötigt wird, ergibt sich somit unter Berücksichtigung folgender Annahmen zu:
- • Anlaufstrom: 20 A für 10ms →
- • Leerlaufstrom: 0,4 A für 10ms
- • Zuspannvorgang: 0,5s mit einem Abschaltstrom von 3 A = 3,08 J.
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Somit kann durch die in den Kondensatoren gespeicherte und zur Verfügung stehende elektrische Energie ein Bremsvorgang erfindungsgemäß durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110968 A1 [0003]
- DE 102012220660 A1 [0004]
- DE 102012211630 A1 [0004]
