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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes. Ferner betrifft die Erfindung ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuervorrichtung. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug.
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Moderne Fahrzeuge werden vermehrt mit Brake-by-Wire- und Steer-by-Wire-Systemen ausgestattet, deren Verfügbarkeit von der Energieversorgung aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges abhängt. Bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes kann es daher zu sicherheitsrelevanten Problemen im Betrieb des Fahrzeuges kommen, da der Fahrer ein elektromechanisches Bremssystem und ein elektromechanisches Lenksystem nicht wie gewünscht bedienen kann. Hierbei können aufgrund harter Begrenzungen teilweise nicht alle Anforderungen des Fahrers erfüllt werden. Gerade in fahrdynamisch anspruchsvollen Situationen kann eine 100%ige Umsetzung eines Fahrerwunsches (bspw. bei der ABS- und/oder ESP-Regelung) und starke Dynamik in der Lenkbewegung zu einer Überlast und damit zum plötzlichen Totalausfall führen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein verbessertes Verfahren zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes, insbesondere eines Niedervolt-Bordnetzes, bereitzustellen. Vorzugsweise ist es Aufgabe der Erfindung, in Ausnahmesituationen, bei denen eine stark eingeschränkte bis gar keine elektrische Energieversorgung möglich ist, das Maximum an Sicherheit für den Fahrer, das Fahrzeug und die Fahrumgebung bereitzustellen. Bevorzugt ist es Aufgabe der Erfindung, eine möglichst (energie-)optimale Umsetzung eines Fahrerwunsches bzw. eines Fahrverhaltens, welche nicht zu einem Totalausfall der Energieversorgung sowie nicht zu einem Unfall führt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt zur Verfügung zu stellen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Steuervorrichtung bereitzustellen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch: ein Verfahren Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes, mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches. Ferner betrifft die Erfindung ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des unabhängigen Produktanspruches. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruches. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit einzelnen Aspekten der Erfindung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Erfindung stellt bereit: ein Verfahren zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und/oder ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes, wie z. B. eines Niedervolt-Bordnetzes, aufweisend:
- - Bestimmen (bspw. Vermessen) einer Fahrer-Anforderung an das Bremssystem und einer Fahrer-Anforderung an das Lenksystem,
- - Erfassen (bspw. aktives Vermessen und/oder Abfragen sowie ein passives Erhalten) mindestens einer Umfeldinformation, die für einen sicheren Betrieb des Fahrzeuges relevant ist,
- - Aufteilen (und vorzugsweise entsprechendes Bereitstellen) einer verfügbaren Energiemenge des elektrischen Bordnetzes auf das Bremssystem und/oder das Lenksystem in Abhängigkeit von den bestimmten Fahrer-Anforderungen und der erfassten Umfeldinformation, um vorteilhafterweise die Sicherheit im Betrieb des Fahrzeuges zu erhöhen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und/oder ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges kann ebenfalls als ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Bordnetzes des Fahrzeuges zum Bereitstellen einer elektrischen Energie an ein elektromechanisches Bremssystem und ein elektromechanisches Lenksystem bezeichnet werden.
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Wenn im Rahmen der vorliegenden Offenbarung von Energie gesprochen wird, die an das Bremssystem und/oder Lenksystem bereitgestellt wird, wird dabei die elektrische Energie verstanden. Die verfügbare Energiemenge kann dabei als eine absolute Energiemenge und/oder als Energie in Abhängigkeit von der Zeit bzw. als elektrische Leistung bereitgestellt werden.
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Unter einem elektromechanischen Bremssystem kann ein Brake-by-Wire-System verstanden werden. Bei einem elektromechanischen Bremssystem im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind die Betätigungsvorrichtung (Bremspedal) und die Stelleinrichtungen (Bremsen) voneinander mechanisch entkoppelt. Dabei ist kein rein mechanischer Durchgriff zwischen der Betätigungsvorrichtung und den Stelleinrichtungen vorgesehen. In Brake-by-Wire-Systemen wird die Kopplung zwischen der Betätigungsvorrichtung und den Stelleinrichtungen durch eine Signalübertragung, z. B. per Kabel, hergestellt.
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Unter einer Fahrer-Anforderung an das Bremssystem kann insbesondere eine entsprechend dem Fahrerwunsch eingestellte Stellung der Betätigungsvorrichtung (des Bremspedals) verstanden werden.
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Unter einem elektromechanischen Lenksystem kann ein Steer-by-Wire-System verstanden werden. Bei einem elektromechanischen Lenksystem im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind die Betätigungsvorrichtung (Lenkrad) und die Stelleinrichtungen (Querlenker) voneinander mechanisch entkoppelt. Dabei ist kein rein mechanischer Durchgriff zwischen der Betätigungsvorrichtung und den Stelleinrichtungen vorgesehen. In Steer-by-Wire-Systemen wird ein Lenkbefehl von einem Sensor (insbesondere am Lenkrad) über eines oder mehrere Steuergeräte ausschließlich signaltechnisch zu den Stelleinrichtungen, die den Lenkbefehl ausführen, weitergeleitet. Es besteht bei einem solchen elektromechanischen Lenksystem keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern. Dabei ist kein rein mechanischer Durchgriff zwischen der Betätigungsvorrichtung und den Stelleinrichtungen vorgesehen.
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Unter einer Fahrer-Anforderung an das Lenksystem kann insbesondere eine entsprechend dem Fahrerwunsch eingestellte Stellung der Betätigungsvorrichtung (des Lenkrads) verstanden werden.
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Unter einer Umfeldinformation, die für einen sicheren Betrieb des Fahrzeuges relevant ist, kann eine Information bezüglich einer Verkehrssituation und/oder einer Wetterlage, vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Fahrerverhaltens und/oder eines Fahrzeugzustandes, verstanden werden. Ein Beispiel einer Umfeldinformation kann z. B. ein Abstand zu einem Hindernis, eine Verkehrsdichte, eine Straßen-Beschaffenheit (wie bspw. vereist, glatt usw.) eine Straßen-Art (wie bspw. Landstraße, Autobahn, Waldweg, Stadtstraße usw.) sein. Die Umfeldinformation kann insbesondere unter Berücksichtigung eines Fahrerverhaltens und/oder eines Fahrzeugzustandes bewertet und/oder angepasst werden. Dabei kann berücksichtigt werden, ob der Fahrer zu dynamisch oder eher zu verhalten das Fahrzeug steuert, ob das Fahrzeug zu schnell oder eher zu langsam fährt, usw. In Kenntnis eines Fahrerverhaltens und/oder eines Fahrzeugzustandes kann die Lenk- und Bremsdynamik des Fahrzeuges beurteilt werden, die wiederum beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge auf das Bremssystem und/oder das Lenksystem berücksichtigt werden kann.
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Die Erfindung stellt eine Strategie zu einer optimierten und/oder ausgewogenen Energieaufnahme durch das Bremssystem und das Lenksystem aus dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges bereit, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer aktuellen Verkehrssituation; einer aktuellen Wetterlage sowie des Zustandes des Fahrzeuges und/oder des Fahrverhaltens des Fahrers, sodass ein möglichst sicherer Betrieb des Fahrzeuges ermöglicht werden kann. Das elektrische Bordnetz des Fahrzeuges wird dabei so angesteuert, dass eine möglichst geringfügige Degradation von Lenkungs- und Bremsanforderungen, auch bei einem stark geschwächten Bordnetz, ermöglicht werden kann. Mithilfe der Erfindung kann auf der einen Seite ein Bordnetzversagen verhindert werden. Auf der anderen Seite kann mithilfe der Erfindung dem Fahrer die maximal mögliche Kontrolle über das Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden, die im Rahmen der verfügbaren Restenergie noch möglich ist. Bspw. kann bei Fahrsituationen, bei denen ein Anhalten vor dem Hindernis machbar ist, eine Priorisierung der Bremsung erfolgen. Bei Fahrsituationen, bei denen ein Ausweichen vor dem, bspw. zu nahen, Hindernis die sicherste Option ist, kann eine Priorisierung der Lenkung erfolgen.
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Mit anderen Worten ermöglicht die Erfindung eine möglichst (energie-)optimale Umsetzung der Fahrerwünsche, welche nicht zu einem Unfall führt. Bei einem starken Verkehr, bspw. auf einer Autobahn, kann ein Ausweichen vor, insbesondere nahe befindlichen, Hindernissen wichtiger sein als ein Abbremsen des Fahrzeuges. Wiederum auf weniger befahrenen Straßen und/oder weiter entfernten Hindernissen kann ein Abbremsen des Fahrzeuges stärker priorisiert werden als ein Manövrieren des Fahrzeuges. Auch die Wetterlage kann die Wichtigkeit des Bremssystems und/oder des Lenksystems für den sicheren Betrieb des Fahrzeuges beeinflussen. Bei einer Vereisung der Straße kann die Bremsung weniger effektiv erfolgen, sodass das Lenksystem die erforderliche Energie erhalten kann. Unterschiedliche Verkehrssituationen können somit auf eine vorteilhafte Weise berücksichtigt werden, um die verfügbare Energiemenge auf das Bremssystem und/oder das Lenksystem aufzuteilen. Auch können unterschiedliche Verkehrssituationen beim Festlegen von entsprechenden Schwellenwerten für das Bremssystem und/oder das Lenksystem berücksichtigt werden.
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Vorteilhafterweise kann die Verteilung der verfügbaren elektrischen Leistung über ein Kennfeld erfolgen. Mithilfe des Kennfeldes können bestimmte Schwellenwerte für die maximal erlaubte Betätigung der Betätigungsvorrichtungen (Bremspedal und/oder Lenkrad) in Abhängigkeit von der verfügbaren Energiemenge eingestellt werden. Ferner kann ein Fahrerverhalten und/oder ein Fahrzeugzustand berücksichtigt werden. Des Weiteren kann im Anschluss an das degradierte Manöver, der Fahrer dabei unterstützt werden, um das Fahrzeug möglichst zeitnah und/oder möglichst unfallfrei abzustellen. Dies kann bspw. durch eine Bedienungseinschränkung der beiden Brems- und Lenksysteme unterstützt werden, sodass die zur Verfügung stehende elektrische Energiemenge nicht wieder ansteigt und/oder die zur Verfügung stehende elektrische Leistung nicht erhöht werden kann.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass beim Erfassen der mindestens einen Umfeldinformation Informationen von mindestens einer von den folgenden Quellen erhalten und/oder abgefragt werden:
- - mindestens einem fahrzeugeigenen Sensor zum Erfassen von fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Parametern, wie z. B. einem Drehzahlsensor, einem Geschwindigkeitssensor, einem Ultraschallsensor, einem Radarsensor, einem Lidarsensor, einer Kamera, usw.,
- - mindestens einem fahrzeugfremden Sensor von zumindest einem weiteren Fahrzeug und/oder von mindestens einer Infrastruktur,
- - mindestens einem fahrzeugeigenen Fahrerassistenzsystem, wie z. B. einem Antiblockiersystem, einer Antriebsschlupfregelung, einem elektronischen Stabilitätsprogramm, einem Bremsassistenten, einer Geschwindigkeitsregelanlage, einem Geschwindigkeitsassistent, einem Notbremsassistenten, einem Spurhalteassistent, einem Spurwechselassistent, einer Verkehrszeichenerkennung, einem Umfeldbeobachtungssystem, einem Notbremsassistent, einem Abstandsregeltempomat usw.,
- - mindestens einem fahrzeugfremden Fahrerassistenzsystem von zumindest einem weiteren Fahrzeug,
- - mindestens einer externen Backendvorrichtungen, z. B. Cloudeinheiten,
- - mindestens einem Wetterdienst, und/oder
- - mindestens einem Navigationsdienst.
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Auf diese Weise kann das Umfeld des Fahrzeuges und die herrschende Verkehrssituation auf eine vorteilhafte Weise abgeschätzt werden, um einen einsprechende Priorisierung für das Bremssystem und/oder Lenksystem zu erhalten.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Verfahren, insbesondre vor dem Aufteilen der verfügbaren Energiemenge, ferner aufweist:
- - Erfassen, Schätzen und/oder Prognostizieren der verfügbaren Energiemenge des elektrischen Bordnetzes.
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Auf diese Weise kann die verfügbare Energiemenge aktiv, bspw. mithilfe eines Entladewiederstandes, bestimmt werden. Ein Erfassen kann vorteilhaft sein, um eine tatsächlich vorhandene Kapazität einer Batterie, insbesondere einer Niedervolt-Batterie, festzustellen. Ein Schätzen kann plausible Ergebnisse ohne einen großen Messaufwand liefern. Ein Prognostizieren der verfügbaren Energiemenge kann vorzugsweise vorausschauende Ergebnisse liefern.
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Aus Sicherheitsgründen kann die verfügbare Energiemenge zum Aufteilen auf das Bremssystem und/oder das Lenksystem um einen Sicherheitswert herabgesetzt werden. Somit kann ein Sicherheitspuffer gewährleistet werden, der einen Totalausfall des elektrischen Bordnetzes auf eine vorteilhafte Weise verhindern kann. Ferner können durch diesen Sicherheitspuffer andere Verbraucher berücksichtigt werden.
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Vorteilhafterweise kann beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge ein Kennfeld verwendet werden, welches die verfügbare Energiemenge mit einer möglichen Energieaufnahme durch das Bremssystem und/oder einer möglichen Energieaufnahme durch das Lenksystem verbindet. Somit kann eine rechentechnisch günstige Lösung zum Aufteilen der verfügbaren Energiemenge bereitgestellt werden.
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Gemäß einem Vorteil des vorliegenden Verfahrens kann beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge, insbesondere zumindest bei einer starken Fahrdynamik, zuerst eine Grundenergie für das Bremssystem bereitgestellt werden, um bspw. eine minimal notwendige Verzögerung zu erreichen, und danach die Energieaufnahme durch das Lenksystem ermöglicht werden. Auf diese Weise kann die Energieaufnahme durch das Bremssystem zur Gewährleistung einer Mindestverzögerung sichergestellt werden. In der Gewichtung kann die Energieaufnahme am Bremssystem zum Erreichen einer Mindestverzögerung priorisiert werden. Mit anderen Worten kann zuerst der Grundbedarf des Bremssystems gedeckt werden und danach der Bedarf des Lenksystems. Auf diese Weise kann, insbesondere bei einer starken Fahrdynamik, die Sicherheit im Betrieb des Fahrzeuges erhöht werden. Auch die Gefahr eine Unfalls kann auf diese Weise erheblich reduziert werden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge ein Fahrerverhalten (dynamisches vs. moderates Brems- und/oder Lenkverhalten) und/oder ein Fahrzeugzustand (umfassend Geschwindigkeit, Beladung, usw.) berücksichtigt werden/wird. Auf diese Weise kann zwischen unterschiedlichen Fahr- und/oder Verkehrsszenarien, insbesondere dynamischen und moderaten Szenarien, unterschieden werden. Auch kann somit die aktuelle Relevanz von weiteren Fahrerassistenzsystemen, bei denen das Bremssystem und/oder das Lenksystem involviert ist, berücksichtigt werden. Gerade in fahrdynamisch anspruchsvollen Situationen kann auf eine vorteilhafte Weise der Bremsbedarf bei einer Fahrdynamikregelung, einer sog. elektronischen Stabilitätskontrolle oder kurz ESP, berücksichtigt werden, damit dass Fahrzeug nicht ausbricht. Das Ausführen von Lenkmanövern kann dabei weniger wichtig sein und das Lenksystem kann somit stärker degradiert werden als das Bremssystem. Wiederum in fahrdynamisch moderaten Situationen kann das Bremssystem in einem gewissen Maße degradiert werden und ein Lenksystem eine erforderliche Energie erhalten, um bspw. das Fahrzeug an einen Straßenrand zu fahren und dort abstellen zu können.
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Vorteilhafterweise kann die erfasste Umfeldinformation in Abhängigkeit von einem Fahrerverhalten und/oder einem Fahrzeugzustand des Fahrzeuges bewertet und/oder angepasst werden. Damit kann der Umstand berücksichtigt werden, dass das aktuelle Fahrerverhalten und/oder der aktuelle Fahrzeugzustand die Wichtigkeit des Bremssystems und/oder des Lenksystems für den sicheren Betrieb des Fahrzeuges bei der aktuellen Verkehrs- und/oder Wetterlage erheblich beeinflussen können/kann.
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Ferner kann es von Vorteil sein, dass beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge die Fahrer-Anforderungen an das Bremssystem und/oder an das Lenksystem in einem bestimmten (gezielt eingestellten) Maße degradiert werden. Auf diese Weise kann die Wichtigkeit des Bremssystems und/oder des Lenksystems in einem entsprechenden Maße berücksichtigt werden.
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Vorteilhafterweise können die Fahrer-Anforderungen mit einer sinkenden verfügbaren Energiemenge stärker degradiert werden. Auf diese Weise kann die Gefahr eines Totalausfalls des elektrischen Bordnetzes erheblich reduziert werden. Vorzugsweise kann eine stufenweise Degradierung der Fahrer-Anforderungen in Abhängigkeit von der verfügbaren Energiemenge vorgesehen werden.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge die Fahrer-Anforderungen an das Bremssystem und/oder an das Lenksystem in Abhängigkeit von der mindestens einen Umfeldinformation, von einem Fahrerverhalten und/oder von einem Fahrzeugzustand degradiert werden. Das aktuelle Verkehrsgeschehen, das aktuelle Fahrerverhalten und/oder der aktuelle Fahrzeugzustand können/kann bestimmte Fahrerassistenzsysteme erfordern, die das Bremssystem und/oder das Lenksystem benötigen. Auf diese Weise kann somit die Wichtigkeit des Bremssystems und/oder des Lenksystems mit einer erhöhten Genauigkeit sowie Sicherheit bestimmt werden.
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Bspw. kann bei einer starken Bremsdynamik die Fahrer-Anforderung an das Bremssystem bis zu einem Auftreten eines Radschlupfes umgesetzt werden. Um ein Energiesparen auch bei einer starken Bremsdynamik zu ermöglichen, kann die Energieaufnahme durch das Bremssystem bis zu einem Auftreten eines Radschlupfes um einen ersten Faktor degradiert werden. Um ein verbessertes, insbesondere graduelles und/oder stufenweises, Energiesparen auch bei einer starken Bremsdynamik weiterhin zu ermöglichen, kann die Energieaufnahme durch das Bremssystem nach einem Auftreten eines Radschlupfes um einen zweiten Faktor degradiert werden.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass bei einer starken Bremsdynamik ein Rekuperationsmoment, insbesondere soweit wie möglich, erhöht wird. Auf diese Weise kann die Bremswirkung zu einem möglichst machbaren Teil aus der Rekuperation bereitgestellt, um das Bremssystem zu entlasten und somit die Energieaufnahme durch das Bremssystem zu reduzieren.
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Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass bei einer starken Lenkdynamik die Fahrer-Anforderung an das Lenksystem bis zu einem maximalen Schräglaufwinkel umgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Energieaufnahme durch das Lenksystem bis zu einem bestimmten Schwellenwert erlaubt und ab dem Schwellenwert begrenzt werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass bei einer moderaten oder keinen Bremsdynamik die Fahrer-Anforderung an das Bremssystem, insbesondere wie von dem Fahrer gewünscht ist, umgesetzt wird, und/oder dass bei einer moderaten oder keinen Lenkdynamik die Fahrer-Anforderung an das Lenksystem, insbesondere wie von dem Fahrer gewünscht ist, umgesetzt wird. Damit können die Situationen abgedeckt werden, wenn die Systeme von sich aus weniger Energie benötigen. Zudem sind Situationen denkbar, bei denen das eine System wenig und das andere System vergleichsweise viel elektrische Energie benötigen. In diesen Situationen kann das eine System, das wenig Energie benötigt, ohne Einschränkungen mit Energie beliefert werden. Das andere System, welches vergleichsweise viel elektrische Energie benötigt, kann eine, vorzugsweise durch ein entsprechendes Schwellenwert, begrenzte Menge an elektrischen Energie erhalten.
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Um die Sicherheit im Betrieb des Fahrzeuges noch weiter zu erhöhen, kann das Verfahren, insbesondere nach dem Aufteilen der verfügbaren Energiemenge, ferner aufweisen:
- - Unterstützen eines Fahrers beim Abstellen des Fahrzeuges durch ein gezieltes Aufteilen von Restenergie auf das Bremssystem und das Lenksystem, und/oder
- - Einschränken von Bedienungsfreiheiten durch den Fahrer des Fahrzeuges beim Bremssystem und beim Lenksystem, sodass die Restenergie nicht wieder ansteigt.
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Auf diese Weise kann das Verfahren dazu dienen, das Fahrzeug, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes, möglichst zeitnahe und sicher abzustellen.
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Die Erfindung stellt ferner bereit: ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren wie oben beschrieben durchzuführen. Mithilfe des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. Zudem kann mithilfe des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts der Vorteil erreicht werden, dass das Verfahren in Form eines Updates und/oder einer App in unterschiedlichen Fahrzeugen implementiert werden kann.
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Die Erfindung stellt weiterhin bereit: eine Steuervorrichtung, aufweisend eine Recheneinheit und eine Speichereinheit, in welcher ein Code hinterlegt ist, welcher bei zumindest teilweiser Ausführung durch die Recheneinheit, ein Verfahren wie oben beschrieben durchführt. Mithilfe der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Die Steuervorrichtung kann dabei als eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeuges oder eine spezielle Steuereinheit für das Bremssystem und/oder das Lenksystem oder eine gemeinsame Steuereinheit das Bremssystem und das Lenksystem ausgeführt werden.
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Die Erfindung stellt zudem bereit: ein Fahrzeug, aufweisend eine entsprechende Steuervorrichtung. Mithilfe des erfindungsgemäßen Fahrzeuges können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Weiterhin wird die Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt:
- 1 ein beispielhaftes Kennfeld zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem und/oder ein elektromechanisches Lenksystem aus einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeuges, und
- 2 einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens im Sinne der vorliegenden Offenbarung.
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Die 1 und 2 dienen zum Erklären eines Verfahrens im Sinne der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren dient zum Verwalten von Energieaufnahme durch ein elektromechanisches Bremssystem 10 und/oder ein elektromechanisches Lenksystem 20 aus einem elektrischen Bordnetz 101 eines Fahrzeuges 100, insbesondere bei einem Teil- oder Total-Ausfall des elektrischen Bordnetzes 101, wie z. B. in Form eines Niedervolt-Bordnetzes. Das Verfahren dient mit anderen Worten zum Ansteuern eines elektrischen Bordnetzes 101 des Fahrzeuges 100 zum Bereitstellen einer elektrischen Energie an ein elektromechanisches Bremssystem 10 und ein elektromechanisches Lenksystem 20.
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Wie es die 1 verdeutlicht, weist das Verfahren auf:
- 201 Bestimmen einer Fahrer-Anforderung A1 an das Bremssystem 10 und einer Fahrer-Anforderung A2 an das Lenksystem 20 (bspw. durch Vermessen einer Bremspedalposition und eines Lenkwinkels),
- 202 Erfassen mindestens einer Umfeldinformation I, die für einen sicheren Betrieb des Fahrzeuges 100 relevant ist (bspw. durch aktives und/oder passives und/oder interaktives Erfassen einer Umfeldinformation I, wie z. B. einer Verkehrssituation und/oder einer Wetterlage, vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Fahrerverhaltens und/oder eines Fahrzeugzustandes),
- 203 Aufteilen (und vorzugsweise entsprechendes Bereitstellen) einer verfügbaren Energiemenge E des elektrischen Bordnetzes 101 auf das Bremssystem 10 und/oder das Lenksystem 20 in Abhängigkeit von den bestimmten Fahrer-Anforderungen A1, A2 und der erfassten Umfeldinformation I, um vorteilhafterweise die Sicherheit im Betrieb des Fahrzeuges 100 soweit wie möglich zu erhöhen.
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Das Bremssystem 10 im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann ebenfalls als ein Brake-by-Wire-System bezeichnet werden. Dabei ist kein rein mechanischer Durchgriff zwischen einer Betätigungsvorrichtung (bspw. Bremspedal) und den Stelleinrichtungen (bspw. Bremsbelegen) vorgesehen. Die Kopplung zwischen der Betätigungsvorrichtung und den Stelleinrichtungen wird durch eine Signalübertragung, bspw. per Kabel, hergestellt.
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Unter einer Fahrer-Anforderung A1 an das Bremssystem 10 kann eine aktuelle gemäß dem Fahrerwunsch eingestellte Bremspedalposition verstanden werden.
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Das Lenksystem im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann ebenfalls als ein Steer-by-Wire-System bezeichnet werden. Dabei ist kein rein mechanischer Durchgriff zwischen der Betätigungsvorrichtung (bspw. Lenkrad) und den Stelleinrichtungen (bspw. Lenkgetriebe) vorgesehen. Eine Fahrer-Anforderung A2 an das Lenksystem 20 wird dabei von einem Sensor (insbesondere am Lenkrad) erfasst und durch eine Signalübertragung, bspw. per Kabel, zu den Stelleinrichtungen, die den Fahrer-Anforderung A2 ausführen, weitergeleitet.
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Unter einer Fahrer-Anforderung A2 an das Lenksystem 20 kann insbesondere eine entsprechend dem Fahrerwunsch eingestellte Lenkradposition vorstanden werden.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Verfügbarkeit von Fahrfunktionen bei dem Bremssystem 10 und dem Lenksystem 20 entsprechend dem Sicherheitsbedarf im aktuellen Betrieb des Fahrzeuges 100 sichergestellt wird. Dabei wird die aktuelle Verkehrssituation berücksichtigt. Hierzu wird mindestens eine Umfeldinformation I erfasst, die die umliegende Verkehrssituation und/oder die aktuelle Wetterlage betreffen kann. Vorteilhafterweise kann dabei das aktuelle (dynamisches vs. moderates Brems- und/oder Lenkverhalten) und/oder der aktuelle Fahrzeugzustand (umfassend Geschwindigkeit, Beladung, usw.) berücksichtigt werden.
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Mithilfe der Erfindung kann ein Totalausfall des elektrischen Bordnetzes 101 verhindert oder zumindest herausgezögert werden. Zugleich kann mithilfe der Erfindung dem Fahrer die maximal mögliche Kontrolle über das Fahrzeug 100 zur Verfügung gestellt werden. Bspw. kann eine Priorisierung des Bremssystems 10 erfolgen, wenn Fahrsituationen erkannt werden, bei denen ein Anhalten vor dem Hindernis machbar ist. Bspw. kann eine Priorisierung des Lenksystems 20 erfolgen, wenn Fahrsituationen erkannt werden, bei denen ein Ausweichen vor dem, bspw. zu nahen, Hindernis die sicherste Option ist. Mit anderen Worten ermöglicht die Erfindung aus der Sicher der elektrischen Energie E eine möglichst optimale Umsetzung der Fahrerwünsche, welche nicht zu einem Unfall führt (weit entferntes Ziel erkannt: Priorisierung - Bremsdruckaufbau / nahes Ziel erkannt: Priorisierung - Lenkwunschumsetzung).
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Wie es die 2 des Weiteren andeutet, können im Schritt 202 beim Erfassen der mindestens einen Umfeldinformation I unterschiedliche Informationen von mindestens einer von den folgenden Quellen erhalten und/oder abgefragt werden:
- - mindestens einem fahrzeugeigenen Sensor S1 zum Erfassen von fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Parameter, wie z. B. einem Drehzahlsensor, einem Geschwindigkeitssensor, einem Ultraschallsensor, einem Radarsensor, einem Lidarsensor, einer Kamera, usw.,
- - mindestens einem fahrzeugfremden Sensor S2 von zumindest einem weiteren Fahrzeug 20 und/oder von mindestens einer Infrastruktur,
- - mindestens einem fahrzeugeigenen Fahrerassistenzsystem FA1, wie z. B. einem Antiblockiersystem, einer Antriebsschlupfregelung, einem elektronischen Stabilitätsprogramm, einem Bremsassistenten, einer Geschwindigkeitsregelanlage, einem Geschwindigkeitsassistenten, einem Notbremsassistenten, einem Spurhalteassistent, einem Spurwechselassistent, einer Verkehrszeichenerkennung, einem Umfeldbeobachtungssystem, einem Notbremsassistent, einem Abstandsregeltempomat usw.,
- - mindestens einem fahrzeugfremden Fahrerassistenzsystem FA2 von zumindest einem weiteren Fahrzeug,
- - mindestens einer externen Backendvorrichtungen, z. B. Cloudeinheiten,
- - mindestens einem Wetterdienst, und/oder
- - mindestens einem Navigationsdienst.
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Wie es die 2 weiterhin andeutet, kann das Verfahren, insbesondere vor dem Aufteilen der verfügbaren Energiemenge E, ferner aufweisen:
- 204 Erfassen, Schätzen und/oder Prognostizieren der verfügbaren Energiemenge E des elektrischen Bordnetzes 101.
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Wie es die 2 ferner andeutet, kann die verfügbare Energiemenge E zum Aufteilen auf das Bremssystem 10 und/oder das Lenksystem 20 um einen Sicherheitswert Offset herabgesetzt werden. Dies kann aus Sicherheitsgründen erfolgen, um einen Totalausfall des elektrischen Bordnetzes 101 zu verhindern. Auch können hierdurch Nebenverbraucher am Energienetz (wie z. B. Licht, Umfeldsensorik, Kommunikationseinheiten) Berücksichtigung finden.
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Vorteilhafterweise kann die Verteilung der verfügbaren elektrischen Leistung über ein Kennfeld erfolgen, welches bspw. in der 1 gezeigt ist. Das Kennfeld kann vorzugsweise die verfügbare Energiemenge E in dem elektrischen Bordnetz 101 mit einer möglichen Energieaufnahme durch das Bremssystem 10 und/oder einer möglichen Energieaufnahme durch das Lenksystem 20 verbinden.
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Mithilfe des Kennfeldes können bestimmte Schwellenwerte SW1, SW2 für die maximal erlaubte Energieaufnahme durch das Bremssystem 10 und/oder das Lenksystem 20 bei der verfügbaren Energiemenge E eingestellt werden. Die 1 zeigt schematisch die Schwellenwerte SW1, SW2 für einen bestimmten Wert Emin der verfügbaren Energiemenge E.
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Wie es die 1 verdeutlich, kann zuerst die erforderliche (Grund- bzw. Mindest-) Energieaufnahme durch das Bremssystem 10 sichergestellt werden, bevor die Energieaufnahme durch das Lenksystem 20 ermöglicht wird. Mit anderen Worten kann das Bremssystem 10 bei dem Aufteilen der verfügbaren Energiemenge E priorisiert werden.
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Vorteilhafterweise können beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge E die Fahrer-Anforderungen A1, A2 an das Bremssystem 10 und/oder an das Lenksystem 20 in einem bestimmten, gezielt eingestellten Maße degradiert werden.
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Denkbar ist insbesondere, dass die Fahrer-Anforderungen A1, A2 mit einer sinkenden verfügbaren Energiemenge E stärker degradiert werden. Vorzugsweise kann eine stufenweise Degradierung der Fahrer-Anforderungen in Abhängigkeit von der verfügbaren Energiemenge E vorgesehen werden.
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Weiterhin ist es denkbar, dass beim Aufteilen der verfügbaren Energiemenge E die Fahrer-Anforderungen A1, A2 an das Bremssystem 10 und/oder an das Lenksystem 20 in Abhängigkeit von einem aktuellen Verkehrsgeschehen, von einem Fahrerverhalten und/oder einem Fahrzeugzustand degradiert wird.
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Wie es die 2 außerdem andeutet, kann bei einer starken Bremsdynamik die Fahrer-Anforderung A1 an das Bremssystem 10 bis zu einem Auftreten eines Radschlupfes umgesetzt werden. Vorteilhaft ist insbesondere eine Umsetzung der Bremsdynamik bis kurz vor dem Auftreten eines erhöhten Radschlupfes bzw. bis kurz vor der vollständigen Ausnutzung des Reibwertes, da hierbei auf ein wiederholtes Befüllen der Radbremse verzichtet werden kann.
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Um ein Energiesparen auch bei einer starken Bremsdynamik zu ermöglichen, kann die Energieaufnahme durch das Bremssystem 10 bis zu einem Auftreten eines Radschlupfes um einen ersten Faktor F1 degradiert werden. Um ein verbessertes, insbesondere graduelles und/oder stufenweises, Energiesparen auch bei einer starken Bremsdynamik weiterhin zu ermöglichen, kann die Energieaufnahme durch das Bremssystem 10 nach einem Auftreten eines Radschlupfes um einen zweiten Faktor F2 degradiert werden.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass bei einer starken Bremsdynamik ein Rekuperationsmoment, insbesondere soweit wie möglich, erhöht wird.
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Weiterhin ist es möglich, dass bei einer starken Lenkdynamik die Fahrer-Anforderung A2 an das Lenksystem 20 bis zu einem maximalen Schräglaufwinkel umgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Energieaufnahme durch das Lenksystem bis zu einem bestimmten Schwellenwert erlaubt und ab dem Schwellenwert begrenzt werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass bei einer moderaten oder keinen Bremsdynamik die Fahrer-Anforderung A1 an das Bremssystem 10, insbesondere wie von dem Fahrer gewünscht ist, umgesetzt wird, und/oder dass bei einer moderaten oder keinen Lenkdynamik die Fahrer-Anforderung A2 an das Lenksystem 20, insbesondere wie von dem Fahrer gewünscht ist, umgesetzt wird.
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Ein Szenario ist denkbar: Starke Lenk- und Bremsdynamik. Dabei kann mindestens eine von den folgenden Maßnahmen vorgesehen sein:
- - Umsetzung des ursprünglichen Lenkungswunsches bis etwa zum maximalen Schräglaufwinkel (gewährleistet eine fast maximale Querdynamik);
- - Umsetzung der Verzögerungsanforderung bis zum Auftreten eines Radschlupfes (gewährleistet eine fast maximale Verzögerung); ggf. Energiesparen durch etwas langsameren Druckaufbau bis zum Auftreten des Radschlupfes und sehr langsamen Druckaufbau nach Druckabbau zur Verringerung des Radschlupfes;
- - Stellen eines maximalen fahrsicheren Rekuperationsmomentes, damit ein geringerer Bremsdruck aufgebaut werden muss;
- - Bei einem erkannten nahen Hindernis, bei dem ein Ausweichen möglich ist: Priorisierung der Lenkungsanforderung ggf. unter sehr geringer Umsetzung der Verzögerungsanforderung, um eine unfallfreie Vorbeifahrt zu gewährleisten;
- - Bei einem erkannten entfernten Hindernis, bei dem ein Anhalten möglich ist:
- Priorisierung der Verzögerungsanforderung ggf. unter nochmaliger Degradation der Lenkungsanforderung, um ein unfallfreies Anhalten vor dem Hindernis zu gewährleisten.
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Ein Szenario ist denkbar: Starke Bremsdynamik bei moderater Lenkdynamik. Dabei kann mindestens eine von den folgenden Maßnahmen vorgesehen sein:
- - Umsetzung des Lenkungswunsches;
- - Umsetzung der Verzögerungsanforderung bis zum Auftreten eines Radschlupfes (gewährleistet eine fast maximale Verzögerung), ggf. geringe zeitliche Verzögerung beim Bremsdruckaufbau, sofern sicher kein Hindernis, Kreuzungs- oder Gefahrenbereich vor dem Fahrzeug 100;
- - Stellen eines maximalen fahrsicheren Rekuperationsmomentes, damit ein geringerer Bremsdruck aufgebaut werden muss;
- - Bei einem erkannten Hindernis, einer Kreuzung oder einem Gefahrenbereich bei dem ein Anhalten davor möglich ist: Priorisierung der Verzögerungsanforderung, um ein unfallfreies Anhalten vor dem Hindernis, der Kreuzung, oder dem Gefahrenbereich zu gewährleisten.
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Ein Szenario ist denkbar: Starke Lenkdynamik und moderate/keine Bremsdynamik. Dabei kann mindestens eine von den folgenden Maßnahmen vorgesehen sein:
- - Umsetzung des ursprünglichen Lenkungswunsches bis etwa zum maximalen Schräglaufwinkel (gewährleistet eine fast maximale Querdynamik) oder bei genügend Energie/Leistung im Bordnetz 101 auch geringfügig darüber hinaus;
- - Umsetzung der Verzögerungsanforderung des Fahrers und/oder selbsttätiges Verzögern des Fahrzeuges 100 mit langsamem Druckaufbau; ggf. Energiesparen durch langsamen Druckaufbau bis maximal zum Auftreten des Radschlupfes (Bei ABS-Regelung findet diese mit sehr langsamen Druckaufbau statt);
- - Unterstützung des Lenkwunsches des Fahrers durch radselektive Bremseingriffe, wie z. B. mit einem von den möglichen folgenden Hilfs-Szenarien:
- - Durch eine Bremsung der kurveninneren Räder wird die Lenkbewegung des Fahrzeuges unterstützt, und/oder
- - Durch die Bremsung wird Geschwindigkeit abgebaut und damit der Bedarf für die zukünftige Lenkdynamik reduziert.
- - Stellen eines maximalen fahrsicheren Rekuperationsmomentes, damit ein geringerer Bremsdruck aufgebaut werden muss.
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Um die Sicherheit im Betrieb des Fahrzeuges noch weiter zu erhöhen, kann das Verfahren, insbesondre nach dem Aufteilen der verfügbaren Energiemenge E, ferner vorsehen:
- - Unterstützen eines Fahrers beim Abstellen des Fahrzeuges 100 durch ein gezieltes Aufteilen von Restenergie auf das Bremssystem 10 und das Lenksystem 20, und/oder
- - Einschränken von Bedienungsfreiheiten durch den Fahrer des Fahrzeuges 100 beim Bremssystem 10 und beim Lenksystem 20, sodass die Restenergie nicht wieder ansteigt.
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Mögliche Weiterentwicklungen bei dem Verfahren können vorsehen, dass nach einem Notausweichen mit Bremsung weitere Teilnehmer am Energienetz, die man vorher nicht abschalten wollte oder konnte, getrennt werden können, wie z. B. eine Kamera oder ein Radarsensor, die zuvor nicht abgeschaltet wurden, damit potentiell gefährliche Situationen frühzeitig erkannt werden und keine Notbremsung notwendig wird, bzw. die Notbremsung frühzeitig eingeleitet wird.
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Steht eine Notbremsfunktion zur Verfügung, so kann diese im stark degradierten Bordnetz 101 früher aktiviert werden. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass ein hoher Bremsdruckaufbau und eine ABS-Bremsung, welche eine deutlich höhere Energie und Leistung erfordern, vermieden werden, da eine erkannte kritische Situation bereits mit geringem Bremsdruck unter Zuhilfenahme der Rekuperation des Antriebs, auch ohne ABS-Eingriff entschärft werden kann.
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Möglicherweise steht bei einem so starken Ausfall im Energienetz eine hinreichende CAN-Kommunikation zur Abstimmung von Energieanforderungen nicht mehr zur Verfügung. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Energiesparmaßnahmen in den Teilsystemen anhand der anliegenden Bordnetzspannung zu reduzieren. Im Bremssystem kann eine automatische Bremsung bei abfallender Bordnetzspannung eine Option sein. Vorteilhafterweise kann hierbei die Parkbremse einbezogen werden, da hiermit das Fahrzeug 100 bei einem endgültigen Bordnetzausfall langsam verzögert werden würde und anschließend gegen Verrollen gesichert wäre.
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Ein entsprechendes Computerprogrammprodukt zum Durchführen des Verfahrens, welches wie oben beschrieben ablaufen kann, stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar.
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Eine entsprechende Steuervorrichtung stellt ebenfalls einen Aspekt der Erfindung dar, aufweisend eine Recheneinheit und eine Speichereinheit, in welcher ein Code hinterlegt ist, welcher bei zumindest teilweiser Ausführung durch die Recheneinheit ein Verfahren wie oben beschrieben durchführt.
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Zudem stellt ein entsprechendes Fahrzeug 100 einen Aspekt der Erfindung dar.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 101
- elektrisches Bordnetz
- 10
- Bremssystem
- 20
- Lenksystem
- A1
- Fahrer-Anforderung
- A2
- Fahrer-Anforderung
- E
- Energiemenge
- Emin
- Wert
- F1
- Faktor
- F2
- Faktor
- FA1
- Fahrerassistenzsystem
- FA2
- Fahrerassistenzsystem
- I
- Umfeldinformation
- Offset
- Sicherheitswert
- S1
- Sensor
- S2
- Sensor
- SW1
- Schwellenwert
- SW2
- Schwellenwert
