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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Balancieren eines Elektrofahrzeugs, bei dem ein Steuergerät eines Elektrofahrzeugs eine Anordnung einer Halterung und in der Halterung angeordneter Batteriemodule einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs relativ zu einem Fahrgestell des Elektrofahrzeugs variabel einstellt. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug.
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Verfahren der eingangs genannten Art gehören in unterschiedlichen Ausgestaltungen zum Stand der Technik und dienen dazu, eine Balance eines Elektrofahrzeugs zu variieren. Unter der Balance ist allgemein eine Verteilung einer von dem Elektrofahrzeug auf einen Untergrund ausgeübten Gesamtkraft auf einzelne Räder des Elektrofahrzeugs zu verstehen. Die Balance weist eine statische Komponente, welche als eine Verteilung einer Gewichtskraft, d. h. eine Gewichtsverteilung, des Elektrofahrzeugs aus einer Verteilung einer Gesamtmasse des Elektrofahrzeugs resultiert, und eine dynamische Komponente, welche aus jeder Beschleunigung des Elektrofahrzeugs resultiert, auf.
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Eine Masse einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs ist ein wesentlicher Teil der Gesamtmasse des Elektrofahrzeugs. Entsprechend ist die Balance des Elektrofahrzeugs stark abhängig von einer Anordnung einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs relativ zu einem Fahrgestell des Elektrofahrzeugs. Die Anordnung kann eine relative Position der Traktionsbatterie und/oder eine relative Ausrichtung der Traktionsbatterie umfassen.
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Die Traktionsbatterie umfasst gewöhnlich eine Halterung und eine Mehrzahl von Batteriemodulen, welche in der Halterung angeordnet sind. Die Anordnung der Traktionsbatterie kann durch ein Bewegen der Halterung der Traktionsbatterie relativ zu einem Fahrgestell variabel eingestellt werden, wobei das Bewegen der Halterung zwangsläufig ein Bewegen von in der Halterung angeordneten Batteriemodulen bewirkt.
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Jeder in dem Fahrzeug angeordnete Insasse des Fahrzeugs weist eine Masse auf, welche die Gewichtsverteilung und infolgedessen die statische Komponente der Balance des Elektrofahrzeugs beeinflusst.
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So offenbart
DE 10 2015 120 413 A1 ein Fahrgestell und eine Halterung für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ein Steuergerät stellt eine Position der Halterung relativ zu dem Fahrgestell abhängig von einem sensorisch erfassten Gewicht eines Insassen des Fahrzeugs variabel ein.
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Das Elektrofahrzeug kann dedizierte Sensoren umfassen, welche eine Balance des Elektrofahrzeugs und insbesondere deren dynamische Komponente in Echtzeit erfassen.
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KR 1998 0034938 A offenbart ein Fahrgestell und eine Halterung für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ein Steuergerät stellt eine Position der Halterung bezogen auf eine x-Richtung des Elektrofahrzeugs relativ zu dem Fahrgestell abhängig von einem von einem Balancesensor bereitgestellten Sensorsignal ein.
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KR 1999 0047673 A offenbart ein weiteres Fahrgestell und eine Halterung für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ein Steuergerät stellt eine Position der Halterung bezogen auf eine y-Richtung des Elektrofahrzeugs relativ zu dem Fahrgestell zum Verringern eines Rollens des Elektrofahrzeugs abhängig von einem Fahrzustand des Elektrofahrzeugs ein.
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Wie üblich sind die x-Richtung als eine Vorne-Hinten-Richtung des Elektrofahrzeugs und die y-Richtung als eine Links-Rechts-Richtung des Elektrofahrzeugs definiert und ist eine z-Richtung als eine Oben-Unten-Richtung des Elektrofahrzeugs definiert, wobei die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem definieren.
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Die vorstehend wiedergegebenen Lösungen zum Balancieren eines Elektrofahrzeugs sind allerdings hinsichtlich ihrer Flexibilität und ihrer Variabilität eingeschränkt.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Balancieren eines Elektrofahrzeugs vorzuschlagen, welches eine große Flexibilität und eine große Variabilität aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Elektrofahrzeug bereitzustellen.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Balancieren eines Elektrofahrzeugs, bei dem ein Steuergerät eines Elektrofahrzeugs eine Anordnung einer Halterung und in der Halterung angeordneter Batteriemodule einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs relativ zu einem Fahrgestell des Elektrofahrzeugs variabel einstellt. Durch das Einstellen der Anordnung wird eine von dem Elektrofahrzeug auf einen Untergrund ausgeübte Gesamtkraft hinsichtlich einer Verteilung auf Räder des Elektrofahrzeugs variiert. Die Anordnung umfasst eine relative Position und/oder eine relative Ausrichtung der Traktionsbatterie. Das Steuergerät definiert die Variation der Verteilung.
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Erfindungsgemäß erfasst eine Mensch-Maschine-Schnittstelle des Elektrofahrzeugs eine Eingabe eines Insassen des Elektrofahrzeugs und sendet die Mensch-Maschine-Schnittstelle ein von der erfassten Eingabe abhängiges Anforderungssignal zu dem Steuergerät, empfängt das Steuergerät das gesendete Anforderungssignal und stellt das Steuergerät die Anordnung der Halterung abhängig von dem empfangenen Anforderungssignal ein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann dem Insassen, insbesondere einem Fahrer des Elektrofahrzeugs, jederzeit ein wahlweises Beeinflussen der Balance des Elektrofahrzeugs ermöglichen, wodurch eine Flexibilität des Balancierverfahrens vergrößert ist. Ebenso kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle dem Insassen jederzeit ein wahlweises Beeinflussen von Freiheitsgraden der Einstellung ermöglichen, wodurch eine Variabilität des Balancierverfahrens vergrößert ist.
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In einer Ausführungsform erfasst die Mensch-Maschine-Schnittstelle die Anordnung als die Eingabe oder erfasst die Mensch-Maschine-Schnittstelle eine die Anordnung bestimmende Betriebsart des Elektrofahrzeugs als die Eingabe. Der Insasse kann die Anordnung der Traktionsbatterie unmittelbar eingeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Insasse die Anordnung der Traktionsbatterie mittelbar als die Betriebsart eingeben, wenn das Steuergerät eine Abhängigkeit der Anordnung von der Traktionsbatterie definiert.
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Die Betriebsart kann beispielsweise einen „stabilen Modus“, einen „ausgewogenen Modus“ und eine „agilen Modus“ umfassen. In dem stabilen Modus können Vorderräder des Elektrofahrzeugs 55% und Hinterräder des Elektrofahrzeugs 45% einer statischen Komponente der Balance in einen Untergrund des Elektrofahrzeugs einleiten. Die Halterung ist in dem stabilen Modus nach vorn und/oder nach unten verschoben.
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In dem ausgewogenen Modus können die Vorderräder des Elektrofahrzeugs und die Hinterräder des Elektrofahrzeugs jeweils 50% der statischen Komponente der Balance in den Untergrund des Elektrofahrzeugs einleiten. Die Halterung ist in dem ausgewogenen Modus bezogen auf die y-Richtung und/oder auf die z-Richtung mittig angeordnet.
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In dem agilen Modus können die Vorderräder des Elektrofahrzeugs 45% und die Hinterräder des Elektrofahrzeugs 55% der statischen Komponente der Balance in den Untergrund des Elektrofahrzeugs einleiten. In dem agilen Modus ist die Halterung nach hinten und/oder nach oben verschoben.
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Das variable Einstellen kann ein Verschieben der Halterung in einer x-Richtung des Elektrofahrzeugs, in einer y-Richtung des Elektrofahrzeugs und/oder in einer z-Richtung des Elektrofahrzeugs umfassen. Das variable Einstellen erfolgt mittels einer reinen Translationsbewegung der Halterung. Die Translationsbewegung kann entlang jeder üblichen Fahrzeugrichtung oder entlang einer beliebigen Richtung erfolgen, welche eine Linearkombination der üblichen Fahrzeugrichtungen ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das variable Einstellen ein Verschwenken der Halterung um eine sich in einer x-Richtung des Elektrofahrzeugs erstreckende x-Achse, um eine sich in einer y-Richtung des Elektrofahrzeugs erstreckende y-Achse und/oder um eine sich in einer z-Richtung des Elektrofahrzeugs erstreckende z-Achse umfassen. Das variable Einstellen erfolgt mittels einer reinen Rotationsbewegung der Halterung. Die Rotationsbewegung kann um jede übliche Fahrzeugrichtung als Rotationsachse oder um eine beliebige Rotationsachse erfolgen, welche sich parallel zu einer Linearkombination der üblichen Fahrzeugrichtungen erstreckt. Selbstverständlich kann auch eine Position der Rotationsachse relativ zu dem Fahrgestell und/oder zu der Halterung einstellbar sein.
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Auf diese Weise stellt das Verfahren bis zu sechs äußere Freiheitsgrade für das Einstellen der Anordnung der Traktionsbatterie relativ zu dem Fahrgestell bereit. Die relative Anordnung der Batteriemodule innerhalb der Traktionsbatterie bleibt bei diesen Einstellungen konstant, d. h. eine Struktur der Halterung und eine Gesamtform der Traktionsbatterie wird nicht verändert.
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Alternativ oder zusätzlich kann das das variable Einstellen ein Stapeln der Batteriemodule der Traktionsbatterie bezogen auf eine z-Richtung des Elektrofahrzeugs oder ein Aufwickeln der Halterung mit den in der Halterung angeordneten Batteriemodulen um eine sich in einer y-Richtung des Elektrofahrzeugs erstreckende Wickelachse umfassen. Das Stapeln und das Aufwickeln verändern jeweils die Struktur der Halterung und die Gesamtform der Traktionsbatterie und verwenden innere Freiheitsgrade der Traktionsbatterie. Die inneren Freiheitsgrade vergrößern weiter eine Variabilität des Balancierverfahrens.
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Bevorzugt betätigt das Steuergerät einen Aktuator und bewegt der betätigte Aktuator die Halterung relativ zu dem Fahrgestell. Jedem Freiheitsgrad ist zumindest ein Aktuator, beispielsweise ein Elektromotor, zugeordnet. Zum Betätigen des Aktuators sendet das Steuergerät ein Steuersignal zu dem Aktuator. Der Aktuator empfängt das gesendete Steuersignal und bewegt die Halterung abhängig von dem empfangenen Steuersignal.
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Vorteilhaft kann das Steuergerät die Anordnung der Halterung abhängig von einer Beschleunigung des Elektrofahrzeugs und/oder zum Beeinflussen einer Trajektorie des Elektrofahrzeugs einstellen. Das beschleunigungsabhängige Einstellen kann als reaktiv oder passiv, das beeinflussende Einstellen als aktiv bezeichnet werden. Die beschleunigungsabhängige Einstellung der Anordnung und die die Trajektorie beeinflussende Einstellung der Anordnung gehören zu der dynamischen Komponente des Balancierens, welche das Steuergerät auf der Grundlage der Eingabe des Insassen in Echtzeit und automatisch vornehmen kann.
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Beispielsweise kann bei einem Bremsen die Halterung nach hinten verschoben und bei einem Gasgeben die Halterung nach vorn verschoben werden. Ebenso kann bei einer Linkskurve die Halterung nach links und bei einer Rechtskurve die Halterung nach rechts verschoben werden. Zudem kann in jeder Kurve die Halterung nach unten verschoben werden, um einen Schwerpunkt des Elektrofahrzeugs abzusenken.
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In ähnlicher Weise kann die Halterung abhängig von einem unmittelbar bevorstehenden Verlauf der Trajektorie des Elektrofahrzeugs prädiktiv verschoben werden. Das Elektrofahrzeug kann den unmittelbar bevorstehenden Verlauf der Trajektorie mittels eines GPS-Empfängers und eines Navigationssystems ermitteln. Selbstverständlich kann auch ein automatisches Verschwenken der Halterung in Echtzeit oder prädiktiv erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Halterung abhängig von einem insbesondere mittels einer voraus gerichteten Außenkamera des Elektrofahrzeugs erfassten oder von einem stationären Verkehrsserver empfangenen Zustand einer von dem Elektrofahrzeug befahrenen Fahrbahn verschoben oder verschwenkt werden.
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Es wird angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit bekannten statischen und/oder dynamischen Trimmverfahren für Fahrwerke von Elektrofahrzeugen, welche beispielsweise Luftfedern umfassen, zusammenwirken kann.
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Noch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrofahrzeug, welches ein Fahrgestell und eine an dem Fahrgestell relativ zu dem Fahrgestell beweglich gelagerte Halterung, in der Halterung angeordnete Batteriemodule einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs, ein Steuergerät zum variablen Einstellen einer Anordnung der Halterung relativ zu dem Fahrgestell und eine mit dem Steuergerät funktional verbundene Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Erfassen einer Eingabe eines Insassen des Elektrofahrzeugs umfasst. Solche Elektrofahrzeuge sind weit verbreitet und verbreiten sich weiter. Entsprechend ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist das Elektrofahrzeug konfiguriert, ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung auszuführen. Für die Ausführung des Verfahrens müssen das Steuergerät und die Mensch-Maschine-Schnittstelle funktional verbunden sein.
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Bevorzugt ist das Elektrofahrzeug als ein Personenkraftwagen oder als ein Motorrad ausgebildet. Personenkraftwagen und Motorräder sind infolge ihrer weiten und zunehmenden Verbreitung besonders relevante Ausgestaltungen des Elektrofahrzeugs.
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Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann als ein Infotainmentsystem des Elektrofahrzeugs oder als ein mit dem Elektrofahrzeug verbundenes mobiles Endgerät ausgebildet sein. Das Infotainmentsystem umfasst einen berührempfindlichen zentralen Anzeigeschirm (Central Information Display, CID) und ist mit dem Steuergerät mittels eines kabelgebundenen Fahrzeugbussystems funktional verbunden. Das mobile Endgerät kann als ein Smartphone ausgebildet und mit dem Elektrofahrzeug drahtlos, beispielsweise mittels einer Bluetooth-Verbindung oder einer W-LAN-Verbindung, gekoppelt, d. h. funktional verbunden, sein. Das Smartphone kann eine App zum Erfassen einer Eingabe des Insassen betreffend ein Balancieren des Elektrofahrzeugs umfassen, welche das Anforderungssignal über die drahtlose Verbindung zu dem Steuergerät sendet.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es eine große Flexibilität, d. h. eine Einflussnahme eines Insassen des Fahrzeugs, aufweist und eine große Variabilität, d. h. eine Vielfalt von Einstellmöglichkeiten, ermöglicht.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein Elektrofahrzeug nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 in einer lateralen Ansicht ein Elektrofahrzeug nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 in einer lateralen Ansicht ein Elektrofahrzeug nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 in einer perspektivischen Ansicht ein Elektrofahrzeug nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt in einer lateralen Querschnittansicht ein Elektrofahrzeug 1 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Elektrofahrzeug 1 ist als ein Personenkraftwagen ausgebildet und umfasst ein Fahrgestell 10 und eine an dem Fahrgestell 10 relativ zu dem Fahrgestell 10 beweglich gelagerte Halterung 11.
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Ferner umfasst das Elektrofahrzeug 1 in der Halterung 11 angeordnete Batteriemodule 12 einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs 1, ein Steuergerät 14 zum variablen Einstellen einer Anordnung der Halterung 11 relativ zu dem Fahrgestell 10 und eine mit dem Steuergerät 14 funktional verbundene Mensch-Maschine-Schnittstelle 13 zum Erfassen einer Eingabe eines Insassen 4 des Elektrofahrzeugs 1.
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Zu dem Elektrofahrzeug 1 gehört bevorzugt auch ein Aktuator 15 zum Bewegen der Halterung 11. Der Aktuator 15 ist mit dem Steuergerät 14 funktional verbunden und konfiguriert, den funktional verbundenen Aktuator 15 zum Bewegen der Halterung 11 zu betätigen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 13 kann als ein Infotainmentsystem des Elektrofahrzeugs 1 oder als ein mit dem Elektrofahrzeug verbundenes mobiles Endgerät 3 ausgebildet sein.
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Idealerweise umfasst das Elektrofahrzeug 1 eine Mehrzahl von Aktuatoren 15, welche jeweils einer Verschieberichtung oder einer Schwenkachse der Halterung 11 zugeordnet und ausgebildet sind, die Halterung 11 in der zugeordneten Verschieberichtung, d. h. in einer x-Richtung 17, einer y-Richtung 18 oder einer z-Richtung 19, zu verschieben oder um die zugeordnete Schwenkachse, d. h. eine x-Achse 20, eine y-Achse 21 oder eine z-Achse 22, zu verschwenken.
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Das Elektrofahrzeug 1 ist konfiguriert, zum Balancieren des Elektrofahrzeugs ein Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung wie folgt auszuführen.
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Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 13 des Elektrofahrzeugs 1 erfasst eine Eingabe eines Insassen 4 des Elektrofahrzeugs 1 und sendet ein von der erfassten Eingabe abhängiges Anforderungssignal 130 zu dem Steuergerät 14. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 13 kann die Anordnung als die Eingabe erfassen. Alternativ kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle 13 eine die Anordnung bestimmende Betriebsart des Elektrofahrzeugs 1 als die Eingabe erfassen.
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Das Steuergerät 14 des Elektrofahrzeugs 1 empfängt das gesendete Anforderungssignal 130 und stellt eine Anordnung der Halterung 11 und der in der Halterung 11 angeordneten Batteriemodule 12 der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs 1 relativ zu dem Fahrgestell 10 des Elektrofahrzeugs 1 abhängig von dem empfangenen Anforderungssignal 130 variabel ein. Vorzugsweise betätigt das Steuergerät 14 einen Aktuator 15. Der betätigte Aktuator 15 bewegt die Halterung 11 relativ zu dem Fahrgestell 10.
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Das variable Einstellen kann ein Verschieben der Halterung 11 in der x-Richtung 17 des Elektrofahrzeugs 1, 2, in der y-Richtung 18 des Elektrofahrzeugs 1 und/oder in der z-Richtung 19 des Elektrofahrzeugs 1 umfassen.
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Das Steuergerät 14 stellt vorteilhaft die Anordnung der Halterung 11 abhängig von einer Beschleunigung des Elektrofahrzeugs 1, 2 und/oder zum Beeinflussen einer Trajektorie 16 des Elektrofahrzeugs 1, 2 ein.
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2 zeigt in einer lateralen Ansicht ein Elektrofahrzeug 1 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Elektrofahrzeug 1 umfasst das variable Einstellen ein Stapeln der Batteriemodule 12 bezogen auf die z-Richtung 19 des Elektrofahrzeugs 1.
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3 zeigt in einer lateralen Ansicht ein Elektrofahrzeug 1 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Elektrofahrzeug 1 umfasst das variable Einstellen ein Aufwickeln der Halterung 11 mit den in der Halterung 11 angeordneten Batteriemodulen 12 um eine sich in einer y-Richtung 18 des Elektrofahrzeugs 1, 2 erstreckende Wickelachse.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Elektrofahrzeug 2 nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Das Elektrofahrzeug 2 ist als ein Motorrad ausgebildet. Bei dem Elektrofahrzeug 2 umfasst das variable Einstellen zusätzlich ein Verschwenken der Halterung 11 um eine sich in einer x-Richtung 17 des Elektrofahrzeugs 1, 2 erstreckende x-Achse 20, um eine sich in einer y-Richtung 18 des Elektrofahrzeugs 1, 2 erstreckende y-Achse 21 und/oder um eine sich in einer z-Richtung 19 des Elektrofahrzeugs 1, 2 erstreckende z-Achse 22.
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Es versteht sich, dass auch bei dem in 1 gezeigten als ein Personenkraftwagen ausgebildeten Elektrofahrzeug 1 das variable Einstellen sowohl ein Verschieben der Halterung 11 als auch ein Verschwenken der Halterung 11 umfassen kann.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Elektrofahrzeug
- 10
- Fahrgestell
- 11
- Halterung
- 12
- Batteriemodul
- 13
- Mensch-Maschine-Schnittstelle
- 130
- Anforderungssignal
- 14
- Steuergerät
- 15
- Aktuator
- 16
- Trajektorie
- 17
- x-Richtung
- 18
- y-Richtung
- 19
- z-Richtung
- 2
- Elektrofahrzeug
- 20
- x-Achse
- 21
- y-Achse
- 22
- z-Achse
- 3
- mobiles Endgerät
- 4
- Insasse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015120413 A1 [0006]
- KR 19980034938 A [0008]
- KR 19990047673 A [0009]
