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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
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Ein Fahrzeug, welches zum Antrieb eine E-Maschine aufweist, kann diese auch als Generator betreiben, um Energie zu erzeugen. Auf diese Weise ist auch eine regenerative Bremsfunktion realisierbar, durch welche das Fahrzeug verlangsamt wird, indem Bewegungsenergie über die E-Maschine in elektrische Energie umgesetzt wird. Die regenerative Bremsfunktion steht allerdings prinzipbedingt nicht zur Verfügung, solange die E-Maschine ein positives Antriebsmoment erzeugt. In diesem Fall muss vielmehr auf eine dissipative Bremsfunktion zurückgegriffen werden, beispielsweise in Form einer Reibbremse.
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In der
WO 2014/090799 A1 und der
US 2015/0307099 A1 wird eine Sollentfernung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bewusst größer gewählt als eine kritische Entfernung, sodass ein zusätzlicher Abstand entsteht, welcher eine Bremsung mittels einer regenerativen Bremse ermöglicht.
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In der
DE 10 2010 052 964 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs beschrieben, wobei eine Schub- und/oder Bremsphase automatisch an einen Parameter angepasst durchgeführt wird, welcher einen Energiespeicher des Fahrzeugs kennzeichnet.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug möglichst energieeffizient zu betreiben. Dabei soll das Fahrzeug möglichst häufig regenerativ gebremst werden und möglichst selten dissipativ. Insbesondere sollen ein hierzu geeignetes Verfahren sowie ein entsprechendes Fahrzeug angegeben werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für das Fahrzeug und umgekehrt.
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Das Verfahren dient zur Steuerung eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug. Das Fahrzeug weist wenigstens eine E-Maschine auf, d.h. eine elektrische Maschine, welche auch als Elektromotor und allgemein als Antriebsmaschine bezeichnet wird. Das Fahrzeug weist also eine oder mehrere E-Maschinen auf. Die nachfolgenden Ausführungen gelten analog auch für Fahrzeuge mit mehreren E-Maschinen. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Die E-Maschine ist ausgebildet, ein Antriebsmoment zu erzeugen, welches zum Antreiben des Fahrzeugs positiv ist und welches zum Bremsen des Fahrzeugs negativ ist. Entsprechend ist die E-Maschine insbesondere über einen Antriebsstrang des Fahrzeugs mit einem Fahrwerk des Fahrzeugs verbunden. Obwohl die E-Maschine als Elektromotor bezeichnet wird, gilt diese Bezeichnung streng genommen nur dann, wenn das Antriebsmoment positiv ist. Ist das Antriebsmoment dagegen negativ, so wirkt die E-Maschine als Generator. Das Antriebsmoment wird kurz auch lediglich als Moment bezeichnet und ist insbesondere ein Drehmoment der E-Maschine. Als Energiequelle für die E-Maschine weist das Fahrzeug zweckmäßigerweise eine Batterie auf.
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Im Falle einer Bremsanforderung, d.h. wenn das Fahrzeug verlangsamt werden soll, sind zur Erzeugung einer Verzögerung zwei Bremsstrategien für das Fahrzeug auswählbar und durchführbar. Unter „Verzögerung“ wird insbesondere eine negative Beschleunigung verstanden, also eine Verlangsamung des Fahrzeugs. Eine erste der zwei Bremsstrategien ist eine dissipative Bremsstrategie, bei welcher eine dissipative Bremsfunktion des Fahrzeugs aktiviert wird. Die dissipative Bremsfunktion ist vorzugsweise durch eine Reibbremse realisiert, welche Bewegungsenergie in thermische Energie umwandelt. Eine zweite der beiden Bremsstrategien ist dagegen eine regenerative Bremsstrategie, bei welcher ausschließlich eine regenerative Bremsfunktion des Fahrzeugs verwendet wird. Dabei wird das Fahrzeug dann dadurch verzögert, dass die E-Maschine ein negatives Antriebsmoment erzeugt, sodass dann Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird. Mit dieser elektrischen Energie wird insbesondere die Batterie des Fahrzeugs geladen, sodass also Energie zurückgewonnen, d.h. rekuperiert wird.
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Bei der regenerativen Bremsstrategie wird keine Bremsfunktion aktiviert, solange das Antriebsmoment positiv ist, sondern es wird ein Lastwechsel der E-Maschine abgewartet und die regenerative Bremsfunktion wird erst dann aktiviert, wenn der Lastwechsel erfolgt ist. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass für die regenerative Bremsfunktion, wenn also regenerativ gebremst werden soll, die E-Maschine als Generator betrieben werden muss und diese daher ein negatives Antriebsmoment erzeugen muss. In einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs wird jedoch regelmäßig zur Überwindung eines Fahrwiderstands und letztendlich zur Fortbewegung des Fahrzeugs von der E-Maschine ein positives Antriebsmoment angefordert. Soll nun als Folge einer Bremsanforderung regenerativ gebremst werden, so kann die E-Maschine die Anforderung eines negativen Antriebsmoments nicht sofort erfüllen, sondern muss zunächst einen Lastwechsel vollführen, bei welchem zunächst das positive Antriebsmoment auf null reduziert wird, um anschließend ein negatives Antriebsmoment zu erzeugen. Dieser Lastwechsel, welcher wenigstens mit einer Reduktion des Antriebsmoments auf null und vorzugsweise sogar mit einem Vorzeichenwechsel des Antriebsmoments einhergeht, wird zum regenerativen Bremsen zunächst abgewartet. Die regenerative Bremsfunktion wird schließlich erst dann aktiviert, wenn der Lastwechsel vollzogen ist und das Antriebsmoment null ist und hiervon ausgehend also negativ werden kann oder wenn das Antriebsmoment bereits negativ ist. Während des Wartens auf den Lastwechsel wird das Fahrzeug demnach insbesondere nicht aktiv gebremst.
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Der Lastwechsel bezeichnet also den Vorgang, dass ausgehend von einem positiven Antriebsmoment die Anforderung eines positiven Antriebsmoments an die E-Maschine reduziert wird oder gänzlich abgestellt wird, sodass sich das tatsächliche Antriebsmoment schließlich bis auf null reduziert und ausgehend hiervon in den negativen Bereich eintritt und weiter auf ein negatives Antriebsmoment reduziert. Die Reduktion im Bereich um null herum, also in einem Nullbereich, erfolgt insbesondere deutlich langsamer als die vorausgehende Reduktion vom positiven Antriebsmoment in Richtung null. Der Nullbereich erstreckt sich bei Fahrzeugen typischerweise von - 100 Nm bis +100 Nm. Diese Verlangsamung der weiteren Reduktion des Antriebsmoments im Nullbereich, also insbesondere beim Nulldurchgang, resultiert unter Anderem aus einem Zahnrad-Flankenwechsel an der E-Maschine, insbesondere in einem Getriebe, welches mit der E-Maschine verbunden ist. Die beschriebene Verlangsamung gilt insbesondere auch in anderer Richtung, also bei einer Erhöhung des Antriebsmoments im Nullbereich. Das negative Antriebsmoment beim Lastwechsel ergibt sich beim Lastwechsel insbesondere nicht durch eine Bremsfunktion oder eine Bremsmaßnahme, sondern aufgrund des Verhaltens der E-Maschine selbst, welche ohne Anforderung eines speziellen Antriebsmoments automatisch in einen Leerlaufbetrieb strebt, in welchem prinzipbedingt ein negatives Antriebsmoment bereitgestellt wird. Zweckmäßigerweise wird solange abgewartet, bis das Ende des Nullbereichs erreicht ist und wieder ein schneller Aufbau von Antriebsmoment möglich ist, sodass dann vorteilhaft sofort ein starkes negatives Antriebsmoment angefordert werden kann und auch wird und eine entsprechend hohe Verzögerung aufgebaut wird. Bei Fahrzeugen liegt dieses negative Antriebsmoment zum Ende des Lastwechsels typischerweise in der Größenordnung von 100 Nm, unter Berücksichtigung des Vorzeichens genauer gesagt -100 Nm. Ein positives Antriebsmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs liegt dagegen typischerweise in der Größenordnung von 1000 Nm.
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Der Erfindung liegt nun insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass die beiden vorgenannten Bremsstrategien aufgrund der unterschiedlichen Bremsfunktionen möglicherweise zu unterschiedlich langen Bremswegen führen oder dass bei gleichem Bremsweg die eine Bremsfunktion stärker sein ist. Insbesondere führt die regenerative Bremsstrategie aufgrund der Wartezeit, die notwendig ist, um den Lastwechsel durchzuführen, zu einem längeren Bremsweg oder bei gleichem Bremsweg zu einer stärkeren Bremsung als die dissipative Bremsstrategie, welche unabhängig vom Vorzeichen des Antriebsmoments durchführbar ist. Denn während der Wartezeit bewegt sich das Fahrzeug ungebremst weiter fort. Dadurch ergibt sich aber ein Zielkonflikt derart, dass die regenerative Bremsstrategie zwar energieeffizienter ist, aber möglicherweise ein Sicherheitsrisiko birgt, da je nach Situation möglicherweise nicht genug Zeit zur Verfügung steht, um den nötigen Lastwechsel abzuwarten.
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Vorliegend wird der vorgenannte Zielkonflikt insbesondere dadurch aufgelöst, dass in dem Fall, dass eine Bremsanforderung erfolgt, während das Antriebsmoment positiv ist, speziell für die regenerative Bremsstrategie ermittelt wird, ob bei deren Durchführung ein Komfortkriterium erfüllbar ist. Die konkrete Ausgestaltung des Komfortkriteriums ist hierzu zunächst nicht relevant, wesentlich ist vielmehr, dass das Komfortkriterium eine Randbedingung ist, welche beim Bremsen möglichst eingehalten werden soll und welche dann der Entscheidung, welche der beiden Bremsstrategien ausgewählt und durchgeführt wird, zugrunde gelegt wird. Die regenerative Bremsstrategie wird dann tatsächlich ausgewählt und durchgeführt, wenn dabei das Komfortkriterium erfüllbar ist, andernfalls wird die dissipative Bremsstrategie ausgewählt und durchgeführt. Es wird also entschieden, welche Bremsstrategie verwendet wird, indem überprüft wird, ob ein Komfortkriterium eingehalten werden kann. Wenn bei einer Durchführung der regenerativen Bremsstrategie das Komfortkriterium nicht erfüllbar ist, wird diese Bremsstrategie auch nicht gewählt, sondern es wird die alternative, dissipative Bremsstrategie gewählt. Mit anderen Worten: es wird im Bedarfsfall einer Bremsung individuell geprüft, ob eine regenerative Bremsung möglich ist oder nicht, und falls möglich, wird eine solche regenerative Bremsung bevorzugt ausgeführt. Dabei wird ausgenutzt, dass in bestimmten Situationen die Umgebungsbedingungen eine hinsichtlich der erzeugten Verzögerung weniger strikte Bremsstrategie erlauben und dann in solchen Situationen die energieeffizientere Bremsstrategie, also die regenerative Bremsstrategie bevorzugt ausgeführt. Es wird also vorteilhaft eine prädiktive Steuerung des Fahrzeugs durchgeführt, indem zum Bremsen vorausschauend ermittelt wird, ob die regenerative Bremsstrategie unter Einhaltung des Komfortkriteriums durchführbar ist. Falls dem so ist, wird die regenerative Bremsstrategie auch durchgeführt, ansonsten wird die dissipative Bremsstrategie durchgeführt.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich für ein Fahrzeug, welches mittels einer Fahrautomatik, speziell einer Abstandsregelung gesteuert wird. Entsprechend weist das Fahrzeug in einer geeigneten Ausgestaltung eine Fahrautomatik auf, mittels welcher das Fahrzeug gesteuert wird. Eine Fahrautomatik steuert ein Fahrzeug, indem die Fahrautomatik in den Fahrbetrieb eingreift und dabei zumindest die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert. Die Fahrautomatik weist vorzugsweise eine Abstandsregelung auf, eine Geschwindigkeitsregelung oder beides. Die Fahrautomatik ist geeigneterweise derart ausgebildet, dass diese abhängig von den Umgebungsbedingungen auch eine Bremsanforderung erzeugen kann, um das Fahrzeug zu verlangsamen, d.h. dessen Geschwindigkeit zu reduzieren. Die Umgebungsbedingungen werden z.B. mittels geeigneter Sensorik, d.h. mittels eines oder mehrerer Sensoren bestimmt. Während ein Mensch eine gewisse Reaktionszeit benötigt, um seinen Fuß von einem Gaspedal auf ein Bremspedal zu setzen und dadurch eine Bremsanforderung auszulösen, ist die Fahrautomatik ausgebildet, deutlich schneller und insbesondere instantan, also unmittelbar und jedenfalls schneller als ein Mensch, von einer Beschleunigungsanforderung auf eine Bremsanforderung zu wechseln. Dabei ist die Fahrautomatik regelmäßig schneller als der Lastwechsel der E-Maschine, sodass die Fahrautomatik eine Bremsanforderung regelmäßig dann erzeugt, wenn die E-Maschine noch ein positives Antriebsmoment erzeugt, sodass eine regenerative Bremsstrategie nicht möglich ist. Beim Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Fahrautomatik wird also von dieser typischerweise eine dissipative Bremsstrategie gewählt, da häufig nur eine solche in dem Moment der Bremsanforderung zur Verfügung steht. Auch eine Kombination einer dissipativen Bremsfunktion, bis der Lastwechsel erfolgt ist, und ein darauffolgendes Um- oder Hinzuschalten einer regenerativen Bremsfunktion ist nicht ohne Weiteres möglich oder zumindest nicht in effizienter Weise möglich, z.B. da sich beim Übergang sogenannte blending-Effekte zeigen, d.h. nachteilige Übergangseffekte während das Antriebsmoment der Reibbremse von der E-Maschine als Generator übernommen wird. Dies äußert sich insbesondere in einer nachteiligen Akustik oder nachteiligen Schwingungen oder einer Kombination hiervon. Beim blending ergeben sich zudem mehrere Effizienznachteile, nämlich einerseits geht ein Teil der Energie durch die dissipative Bremsfunktion als Wärme verloren und andererseits existiert auch nach dem Übergang noch ein Restbremsmoment. Eine einmal aktivierte dissipative Bremsfunktion kann aus Konstruktions-, Komfort- und Akustikgründen üblicherweise nicht sofort wieder zurückgenommen werden, sodass diese noch bis in den Bereich des negativen Antriebsmoments hineinwirkt und dort unnötige Energieverluste erzeugt, z.B. weil Reibpartner einer Reibbremse noch nicht vollständig voneinander getrennt sind.
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Die beiden Bremsstrategien beeinflussen das Fahrzeug und ggf. auch dessen Insassen auf unterschiedliche Weise. In jedem Fall wirken auf das Fahrzeug und die Insassen beim Bremsen bestimmte Kräfte, welche von der Stärke der Bremsung abhängig sind, also davon, welcher Wert für die Verzögerung gefordert ist und insbesondere von der Fahrautomatik gefordert wird. Bestimmte Bremsstrategien können zu starken Bremsungen führen, welche zu entsprechend hohen und als unangenehm empfundenen Kräften auf die Insassen führen. Diese hohen Kräfte können unter Umständen auch zu Verletzungen führen. Die Kräfte beim Bremsen können außerdem zu einem ungünstigen Schwing- oder Nickverhalten des Fahrzeugs führen, welches von den Insassen ebenfalls als unangenehm empfunden werden kann oder auch für einzelne Bauteile des Fahrzeugs schädlich sein kann. Die vorgenannten Unannehmlichkeiten und Nachteile werden nun durch das Komfortkriterium berücksichtigt. Ein Kerngedanke der Erfindung ist dann insbesondere, dass die regenerative Bremsstrategie immer dann gewählt und durchgeführt wird, wenn dies möglich ist ohne das Komfortkriterium zu verletzen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Komfortkriterium durch eine maximale Verzögerung definiert und ist dann erfüllbar, wenn bei einer Durchführung einer jeweiligen Bremsstrategie die Verzögerung, welche dabei erzeugt wird, die maximale Verzögerung nicht überschreitet. Die maximale Verzögerung bestimmt insbesondere, welche Kräfte maximal auf das Fahrzeug und die Insassen noch akzeptabel sind. Wenigstens für die regenerative Bremsstrategie, zweckmäßigerweise für beide Bremsstrategien wird vor einer Auswahl und Durchführung bestimmt, welche Auswirkungen sich bei einer Durchführung der entsprechenden Bremsstrategie ergeben, speziell wie sich die Verzögerung während der Durchführung entwickelt und ob die Verzögerung die maximale Verzögerung überschreitet. Dies geschieht insbesondere unter Berücksichtigung eines maximalen Bremswegs des Fahrzeugs als eine zusätzliche Randbedingung, d.h. es wird ein maximaler Bremsweg vorgegeben, welcher eingehalten werden soll, ohne das Komfortkriterium dabei zu verletzen. Dabei ist der maximale Bremsweg in jedem Fall einzuhalten, d.h. es wird nun geprüft, ob dies für die regenerative Bremsstrategie unter zusätzlicher Einhaltung des Komfortkriteriums möglich ist oder nicht. Da bei der regenerativen Bremsstrategie die Wartezeit für den Lastwechsel eine zusätzliche und insbesondere ungebremste Wegstrecke für das Fahrzeug darstellt, muss bei der regenerativen Bremsstrategie unter Umständen eine größere Verzögerung zugrundegelegt werden, um den maximalen Bremsweg einhalten zu können. Je nach konkreter Situation lässt sich dann das Komfortkriterium unter Umständen nicht einhalten, sodass dann die dissipative Bremsstrategie ausgewählt und durchgeführt wird. Dies ist regelmäßig bei besonders kurzen maximalen Bremswegen der Fall, sodass in diesen Fällen eine besonders zeitige Bremsung durchgeführt wird. Lässt sich aber trotz der Wartezeit das Komfortkriterium einhalten, dann wird die regenerative Bremsstrategie ausgewählt, da diese energieeffizienter ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Fahrzeug zu einem vorausliegenden Objekt in einem Ist-Abstand beabstandet und das Komfortkriterium ist durch einen Mindestabstand des Fahrzeugs zu einem vorausliegenden Objekt, insbesondere dem vorausliegenden Objekt, definiert und dann erfüllbar, wenn bei einer Durchführung einer jeweiligen Bremsstrategie der Ist-Abstand den Mindestabstand nicht unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich zu der oben erwähnten maximalen Verzögerung wird also bei der Auswahl der durchgeführten Bremsstrategie auch der Ist-Abstand, kurz auch lediglich Abstand, zu einem vorausliegenden Objekt mit berücksichtigt, indem ein Mindestabstand als eine Randbedingung verwendet wird. Es wird dann also überprüft, ob sich das Komfortkriterium einhalten lässt, ohne den Mindestabstand zu unterschreiten. Wie oben beschrieben, wird also auch hier überprüft, ob die zusätzliche Wegstrecke der regenerativen Bremsstrategie im Vergleich zur dissipativen Bremsstrategie eine Erfüllung des Komfortkriteriums unmöglich macht oder ob eine Durchführung der regenerativen Bremsstrategie ohne Verletzung des Komfortkriteriums möglich ist. In ersterem Fall wird die dissipative Bremsstrategie gewählt, um den Mindestabstand möglichst gut einzuhalten, in letzterem Fall wir die regenerative Bremsstrategie gewählt.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung werden die beiden vorgenannten Ausgestaltungen miteinander kombiniert, sodass der Mindestabstand dann dem maximalen Bremsweg entspricht, d.h. insbesondere dass der maximale Bremsweg dann derjenige Weg ist, welchen das Fahrzeug zurücklegt oder zurücklegen kann, bis der Mindestabstand erreicht ist. Es wird also zunächst der Ist-Abstand zum vorausliegenden Objekt bestimmt und dann wenigstens für die regenerative Bremsstrategie, zweckmäßigerweise für beide Bremsstrategien, bestimmt, wie sich der Ist-Abstand zeitlich entwickelt und ob es möglich ist, sowohl den maximalen Bremsweg als auch das Komfortkriterium einzuhalten.
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Das vorausliegende Objekt ist regelmäßig ein weiteres Fahrzeug, welches dem Fahrzeug vorausfährt. Denkbar sind aber auch andere Situationen, bei welchen das vorausliegende Objekt z.B. ein entgegenkommendes oder seitlich kreuzendes Fahrzeug ist oder eine Haltelinie, eine Schranke, eine Fahrbahnbegrenzung, ein Gebäude oder dergleichen. Dieselben Überlegungen gelten logischerweise auch beim Rückwärtsfahren und ein dann hinter dem Fahrzeug liegendes Objekt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Komfortkriterium einstellbar, d.h. insbesondere dass ein einzuhaltender Schwellwert, welcher das Komfortkriterium definiert, einstellbar ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das Komfortkriterium bedarfsgerecht anzupassen und insbesondere an unterschiedliche Akzeptanz- oder Toleranzwerte eines Fahrzeugs oder eines Insassen anzupassen. Zweckmäßigerweise weist das Fahrzeug ein Bedienelement auf, mittels dessen das Komfortkriterium einstellbar ist. Beispielsweise ist die maximale Verzögerung oder der maximale Bremsweg einstellbar. Alternativ oder zusätzlich ist das Komfortkriterium automatisch einstellbar und wird dann insbesondere von einer Steuereinheit des Fahrzeugs automatisch eingestellt. Dadurch wird das Komfortkriterium vorteilhafterweise situationsabhängig jeweils geeignet eingestellt. Dabei wird geeigneterweise mittels eines Sensors oder mittels mehrerer Sensoren eine aktuelle Situation ermittelt und dann das Komfortkriterium in Abhängigkeit der aktuellen Situation eingestellt. In einer geeigneten Ausgestaltung wird erkannt, ob ein Insasse etwas in der Hand hält oder nicht angeschnallt ist oder dergleichen und dann das Komfortkriterium entsprechend eingestellt, z.B. wird die maximale Verzögerung reduziert, um speziell für die genannten Fälle lediglich deutlich schwächere Bremsungen zuzulassen. Die Situation ist also z.B. „Insasse ist nicht angeschnallt“ oder „Insasse hält etwas in der Hand“.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Fahrzeug eine Fahrautomatik auf, insbesondere wie oben beschrieben und die Fahrautomatik regelt einen Ist-Abstand des Fahrzeugs zu einem vorausliegenden Objekt auf einen Soll-Abstand ein. In einer Einschersituation erzeugt die Fahrautomatik eine Bremsanforderung, falls aufgrund der Einschersituation der Ist-Abstand dadurch geringer ist als der Soll-Abstand, dass ein weiteres, zweites Objekt zwischen dem Fahrzeug und dem ursprünglich vorausliegenden, ersten Objekt erscheint. Eine Einschersituation ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Abstand innerhalb eines Toleranzbereichs dem Soll-Abstand entspricht und schlagartig dadurch reduziert wird, dass sich ein anderes Objekt in den Zwischenraum zwischen dem Fahrzeug und dem vorausliegenden Objekt einschiebt. Dies ist regelmäßig beim Einscheren eines dritten Fahrzeugs von einer benachbarten Fahrspur oder von einer Auf-, Zu-, Aus- oder Einfahrt aus der Fall. Das weitere Objekt ist nun das vorausliegende Objekt und relativ zum Fahrzeug prinzipbedingt nicht im Soll-Abstand beabstandet, sondern deutlich näher. Die Fahrautomatik erkennt also einen reduzierten Ist-Abstand, welcher den Soll-Abstand unterschreitet und löst daraufhin eine Bremsanforderung aus, insbesondere um den Soll-Abstand möglichst wieder herzustellen, mit der entsprechenden Konsequenz, dass dann auch ermittelt wird, ob hierzu die regenerative Bremsstrategie durchgeführt werden kann oder ob die dissipative Bremsstrategie gewählt werden muss.
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Eine Einschersituation stellt für eine Fahrautomatik allgemein ein erstes Szenario dar, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Soll-Abstand zu einem vorausliegenden Objekt zunächst tatsächlich eingehalten ist, d.h. der Ist-Abstand entspricht dem Soll-Abstand. Ausgehend hiervon entsteht nun eine Situation, bei welcher der Ist-Abstand sich verringert und somit den Soll-Abstand unterschreitet, sodass eine Verzögerung notwendig ist. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise für beide Bremsstrategien ermittelt, welche Verzögerung notwendig ist, um eine Kollision mit dem weiteren Objekt, also dem neuen vorausliegenden Objekt, zu vermeiden und insbesondere um den Soll-Abstand wieder herzustellen. Dabei wird ermittelt, ob bei Anwendung der regenerativen Bremsstrategie das Komfortkriterium einhaltbar ist. Falls das Komfortkriterium einhaltbar ist, wird entsprechend die regenerative Bremsstrategie ausgewählt und durchgeführt, andernfalls wird die dissipative Bremsstrategie ausgewählt und durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Fahrzeug eine Fahrautomatik auf, insbesondere wie oben beschrieben. Die Fahrautomatik regelt einen Ist-Abstand des Fahrzeugs zu einem vorausliegenden Objekt auf einen Soll-Abstand ein und erzeugt in einer Annäherungssituation eine Bremsanforderung, nämlich falls der Ist-Abstand sich verringert und dabei größer ist als der Soll-Abstand. Zum Auslösen der Bremsanforderung ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Ist-Abstand den Soll-Abstand auch tatsächlich unterschreitet, vielmehr ist es ausreichend wenn dies für einen zukünftigen Zeitpunkt vorausberechnet wird. Eine Annäherungssituation ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass sich der Ist-Abstand zum vorausliegenden Fahrzeug mit der Zeit verringert, da das Fahrzeug relativ betrachtet eine höhere Geschwindigkeit aufweist als das vorausliegende Objekt. Mit anderen Worten: das Fahrzeug holt das vorausliegende Objekt ein. Da in einer Annäherungssituation die Gefahr besteht, dass das Fahrzeug auf das vorausliegende Objekt auffährt, wird mittels der Fahrautomatik entsprechend reagiert, um dies zu vermeiden. Die Fahrautomatik misst also den Ist-Abstand und erkennt eine Annäherungssituation, wenn der Ist-Abstand sich verringert. Daraufhin löst die Fahrautomatik eine Bremsanforderung aus, mit der entsprechenden Konsequenz, dass dann auch ermittelt wird, ob hierzu die regenerative Bremsstrategie durchgeführt werden kann oder ob die dissipative Bremsstrategie gewählt werden muss.
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Eine Annäherungssituation stellt für eine Fahrautomatik allgemein ein zweites Szenario dar, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ist-Abstand größer ist als ein Soll-Abstand, d.h. es besteht noch Raum für eine weitere Verringerung des Ist-Abstands, ohne dass zunächst eine Verzögerung notwendig ist. Dies ist wie gesagt der Fall beim Auffahren auf oder Annähern an ein vorausfahrendes Fahrzeug. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise eine Differenz zwischen dem Ist-Abstand und dem Soll-Abstand bei der Auswahl der Bremsstrategie mit berücksichtigt. Insbesondere steht diese Differenz als zusätzliche Wegstrecke und Wartezeit zur Verfügung, um den Lastwechsel der E-Maschine abzuwarten, sodass das Komfortkriterium unter Umständen einfacher zu erfüllen ist. In einer möglichen Ausgestaltung wird bei der regenerativen Bremsstrategie der Soll-Abstand zum vorausliegenden Objekt kurzzeitig unterschritten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird antizipiert, dass die Bremsanforderung zukünftig erfolgt, und es wird dann für die regenerative Bremsstrategie ermittelt, ob bei deren Durchführung das Komfortkriterium erfüllbar ist, noch bevor die Bremsanforderung tatsächlich erfolgt, sodass eine Differenz zwischen dem Ist-Abstand und dem Soll-Abstand genutzt wird, um den Lastwechsel abzuwarten. Mit anderen Worten: die Bremsanforderung wird sozusagen fiktiv früher als vorgesehen ausgelöst, nämlich bevor der Ist-Abstand dem Soll-Abstand entspricht, indem die Überprüfung der Erfüllbarkeit des Komfortkriteriums bereits erfolgt, während der Ist-Abstand noch größer ist als der Soll-Abstand. Da wie gesagt bei einer Annäherungssituation noch Raum für eine weitere Verringerung des Ist-Abstands besteht, wird die Differenz zwischen Ist-Abstand und Soll-Abstand vorteilhaft genutzt, um bereits vorzeitig, d.h. vor Erreichen des Soll-Abstands, eine der beiden Bremsstrategien auszuwählen und ggf. auch durchzuführen. Eine Bremsanforderung erfolgt also in der Zukunft und es wird entsprechend antizipiert oder auch prädiziert, dass die Bremsanforderung zukünftig ausgelöst wird und dann noch bevor diese Bremsanforderung tatsächlich ausgelöst wird für die regenerative Bremsstrategie ermittelt, ob bei deren Durchführung das Komfortkriterium erfüllbar ist. Ein wesentlicher Vorteil dabei ist insbesondere, dass nunmehr die zusätzliche Differenz zum Bremsen zur Verfügung steht und dadurch lediglich eine geringere Verzögerung angefordert zu werden braucht, sodass das Komfortkriterium einfacher erfüllbar ist. In einer geeigneten Ausgestaltung wird durch die Differenz zwischen Ist-Abstand und Soll-Abstand erreicht, dass beide Bremsstrategien sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Auswirkungen, insbesondere hinsichtlich des Komfortkriteriums, nicht oder lediglich unwesentlich unterscheiden. Die Differenz wird also als Wartezeit genutzt, um dann die regenerative Bremsstrategie mit derselben oder einer ähnlichen Verzögerung, insbesondere Verzögerungskennlinie, durchzuführen wie die dissipative Bremsstrategie, welche ansonsten bei Erreichen des Soll-Abstands durchgeführt wird. Ist die Differenz ausreichend, um die regenerative Bremsstrategie derart durchzuführen, dass diese das Komfortkriterium erfüllt und vorzugsweise wenigstens so gut erfüllt wie die dissipative Bremsstrategie, dann wird auch die regenerative Bremsstrategie ausgewählt und durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Ist-Abstand mittels eines Abstandssensors gemessen oder alternativ oder zusätzlich mittels einer Car2Car- oder Car2X-Kommunikation ermittelt. Der Abstandssensor ist insbesondere ein Teil der Fahrautomatik. Der Abstandssensor ist beispielsweise ein Radar oder ein Laserentfernungsmesser oder dergleichen. Eine Car2Car- oder allgemeiner eine Car2X-Kommunikation ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fahrzeug und einem anderen Fahrzeug oder Objekt eine Kommunikationsverbindung aufgebaut ist, über welche das Fahrzeug mit dem anderen Fahrzeug oder dem Objekt Daten austauscht. Das andere Fahrzeug oder Objekt ist in einer Ausgestaltung dann das vorausliegende Objekt, in einer anderen Ausgestaltung ist das Fahrzeug ein anderes Fahrzeug in der Nähe oder das Objekt ist eine Kamera am Fahrbahnrand. Die Daten sind speziell solche Daten, mittels welchen die Fahrautomatik den Ist-Abstand ermittelt, z.B. Entfernungsdaten oder GPS-Daten oder der Ist-Abstand selbst.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei der dissipativen Bremsstrategie das Fahrzeug unmittelbar im Anschluss an die Bremsanforderung dissipativ gebremst. Unter „unmittelbar“ wird insbesondere verstanden, dass auf die Bremsanforderung hin nicht abgewartet wird, sondern sofort die dissipative Bremsfunktion aktiviert wird. Bei einer Reibbremse mit Bremsbelägen für Räder des Fahrzeugs werden also sofort mit Erzeugung der Bremsanforderung die Bremsbeläge mit Bremsflächen an den Rädern in Kontakt gebracht. Dies geschieht insbesondere noch während die E-Maschine ein positives Antriebsmoment erzeugt. Der Lastwechsel wird also gerade nicht abgewartet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei der regenerativen Bremsstrategie die regenerative Bremsfunktion erst nach einer Wartezeit aktiviert, welche wenigstens einer Zeit entspricht, welche die E-Maschine benötigt, um von einem positiven zu einem Antriebsmoment von null oder zu einem negativen Antriebsmoment zu wechseln. Es wird also eine Reduktion auf null oder ein Vorzeichenwechsel des Antriebsmoments abgewartet. Um zu bestimmen, ob trotz der Wartezeit das Komfortkriterium eingehalten werden kann, wird die Wartezeit insbesondere anhand des aktuellen positiven Antriebsmoments und eines oder mehrerer Gradienten errechnet, welcher die Reduzierung des Antriebsmoments beschreibt. Es wird also prognostiziert, wie sich das Antriebsmoment über die nachfolgende Zeit entwickelt und wann dann der Lastwechsel erfolgt. Der Gradient wird insbesondere dadurch bestimmt, dass das von der E-Maschine geforderte Antriebsmoment mit Auslösen der Bremsanforderung zurückgenommen wird.
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Vorzugsweise beträgt die Wartezeit wenigstens 0,1 s und höchstens 1 s, besonders bevorzugt höchstens 0,5 s. Den vorgenannten Werten ergeben sich insbesondere aus der Beobachtung, dass der Lastwechsel bei typischen Fahrzeugen und in typischen Fahrsituationen maximal etwa 0,5 s lang dauert.
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Zweckmäßigerweise wird allgemein und speziell dann, wenn das Komfortkriterium bei der regenerativen Bremsstrategie nicht erfüllbar ist, die dissipative Bremsstrategie gewählt und durchgeführt, selbst wenn bei dieser das Komfortkriterium nicht erfüllbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dann standardmäßig das regenerative Bremsszenario verwendet und in einer Notsituation, in welcher das Komfortkriterium für keine der beiden Bremsstrategien erfüllbar ist, das dissipative Bremsszenario verwendet. Eine Notsituation ist also insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Komfortkriterium in keinem Fall eingehalten werden kann. Hier wird wenigstens die dissipative Bremsfunktion aktiviert, da mit dieser eine sofortige Bremswirkung erzielbar ist und das Fahrzeug vorteilhaft maximal, wenn auch möglicherweise nicht ausreichend, verzögert wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass in einer Notsituation ungeachtet des Komfortkriteriums möglichst schnell eine möglichst starke Verzögerung erzielt werden soll, um einen Unfall und damit einhergehende Beschädigungen und Verletzungen zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren. Eine Notsituation erfordert typischerweise eine sofortige Vollbremsung. Da die dissipative Bremsfunktion im Gegensatz zur regenerativen Bremsfunktion bereits bei einem positiven Antriebsmoment aktivierbar ist, wird die dissipative Bremsstrategie in einer Notsituation bevorzugt verwendet. In einer Variante wird die regenerative Bremsfunktion zusätzlich aktiviert, nachdem der Lastwechsel erfolgt ist, um eine zusätzliche Verzögerung zu erzeugen.
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Ist das Antriebsmoment bei der Erzeugung der Bremsanforderung bereits negativ, wird zweckmäßigerweise die regenerative Bremsstrategie unmittelbar durchgeführt. In diesem Fall braucht kein Lastwechsel abgewartet zu werden, sodass die regenerative Bremsstrategie zunächst keinerlei Nachteile gegenüber der dissipativen Bremsstrategie aufweist und sich der eingangs erwähnte Zielkonflikt bei der Auswahl nicht stellt. In Situationen, in welchen die Verzögerung, welche mit der regenerativen Bremsfunktion maximal erzielbar ist, nicht ausreicht, um die Bremsanforderung zu erfüllen, wird geeigneterweise die dissipative Bremsfunktion ebenfalls aktiviert.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist ausgebildet, mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche gesteuert zu werden. Hierzu weist das Fahrzeug insbesondere eine Steuereinheit auf. Vorzugsweise weist das Fahrzeug wie oben beschrieben eine Fahrautomatik auf, welche insbesondere ein Teil der Steuereinheit ist.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt (Datei oder Datenträger) enthaltend ein ausführbares Programm, das bei einer Installation auf einem Computer das vorstehend beschriebene Verfahren automatisch ausführt. Dabei ist der Computer insbesondere eine Steuereinheit eines Fahrzeugs wie oben beschrieben.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein Fahrzeug,
- 2 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Fahrzeugs,
- 3 die zeitliche Entwicklung eines Antriebsmoments für verschiedene Bremsstrategien,
- 4 das Fahrzeug in einer Einschersituation,
- 5 ein Ist-Abstand zu einem vorausliegenden Objekt während der Einschersituation,
- 6 das Fahrzeug in einer Annäherungssituation,
- 7 ein Ist-Abstand zu einem vorausliegenden Objekt während der Annäherungssituation.
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In 1 ist ein Fahrzeug 2 gezeigt, welches eine E-Maschine 4 aufweist und welches beispielsweise ein Elektrofahrzeug ist. Die E-Maschine 4 ist ausgebildet, ein Antriebsmoment M zu erzeugen, welches zum Antreiben des Fahrzeugs 2 positiv ist und welches zum Bremsen des Fahrzeugs 2 negativ ist. Entsprechend ist die E-Maschine 4 über einen nicht näher dargestellten Antriebsstrang des Fahrzeugs 2 mit einem Fahrwerk 6 des Fahrzeugs 2 verbunden. Ist das Antriebsmoment M der E-Maschine 4 negativ, so wirkt diese als Generator und kann zur Verlangsamung des Fahrzeugs 2 genutzt werden. Als Energiequelle für die E-Maschine 4 weist das Fahrzeug 2 eine nicht näher gezeigte Batterie auf.
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Das Fahrzeug 2 ist ausgebildet, mittels eines speziellen Verfahrens wie in 2 gezeigt gesteuert zu werden. Hierzu weist das Fahrzeug 2 eine Steuereinheit 8 auf. Vorliegend weist das Fahrzeug 2 zudem eine Fahrautomatik 10 auf, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Teil der Steuereinheit 8 ist.
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Aus 2 wird deutlich, dass die Fahrautomatik 10 vorliegend eine Abstandsregelung aufweist, bei welcher wiederkehrend oder andauernd geprüft wird, ob ein Ist-Abstand I des Fahrzeugs 2 zu einem vorausliegenden Objekt 12 geringer ist als ein Soll-Abstand S, in welchem Fall die Fahrautomatik 10 eine Bremsanforderung B auslöst. Im Falle einer Bremsanforderung B, d.h. wenn das Fahrzeug 2 verlangsamt werden soll, sind zur Erzeugung einer Verzögerung zwei Bremsstrategien Bdis, Breg für das Fahrzeug 2 auswählbar und durchführbar. Eine erste Bremsstrategie Bdis ist eine dissipative Bremsstrategie Bdis, bei welcher eine dissipative Bremsfunktion des Fahrzeugs 2 aktiviert wird. Die dissipative Bremsfunktion ist hier durch eine Reibbremse 14 realisiert. Eine zweite Bremsstrategie Breg ist dagegen eine regenerative Bremsstrategie Breg, bei welcher ausschließlich eine regenerative Bremsfunktion des Fahrzeugs 2 verwendet wird. Dabei wird das Fahrzeug 2 dann dadurch verzögert, dass die E-Maschine 4 ein negatives Antriebsmoment M erzeugt, sodass dann Bewegungsenergie des Fahrzeugs 2 in elektrische Energie umgewandelt wird. Mit dieser elektrischen Energie wird dann die Batterie des Fahrzeugs 2 geladen, sodass also Energie zurückgewonnen, d.h. rekuperiert wird.
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Die beiden Bremstatrategien Bdis, Breg werden nachfolgend anhand von 3 näher erläutert, welches den Verlauf des Antriebsmoments M über die Zeit t, also den zeitlichen Verlauf, jeweils für einen beispielhaften Fall einer Durchführung der beiden Bremsstrategien Bdis, Breg zeigt. Zunächst wird lediglich beispielhaft davon ausgegangen, dass das Antriebsmoment M bis zu einem Zeitpunkt t0 konstant ist. Zum Zeitpunkt t0 wird dann eine Bremsanforderung B erzeugt und dass Fahrzeug 2 soll verlangsamt werden. Aus 3 ist nun erkennbar, dass bei der regenerativen Bremsstrategie Breg zunächst keine Bremsfunktion aktiviert wird, solange das Antriebsmoment M positiv ist. Vielmehr wird ein Lastwechsel der E-Maschine 4 abgewartet und die regenerative Bremsfunktion Breg wird erst dann aktiviert, wenn der Lastwechsel erfolgt ist. Der Zeitpunkt t1 markiert den Zeitpunkt des Vorzeichenwechsels des Antriebsmoments M, d.h. die Differenz zwischen den Zeitpunkten t0, t1 entspricht einer Wartezeit tw, welche abgewartet wird, um den Lastwechsel zu vollziehen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass für die regenerative Bremsfunktion die E-Maschine 4 als Generator betrieben werden muss und diese daher ein negatives Antriebsmoment M erzeugen muss. Im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 2 wird jedoch wie der Zeitraum bis zum Zeitpunkt t0 verdeutlich zur Überwindung eines Fahrwiderstands von der E-Maschine 4 ein positives Antriebsmoment M angefordert. Bei einer Bremsanforderung B kann die E-Maschine 4 die Anforderung eines negativen Antriebsmoments M für eine regenerative Bremsstrategie Breg nicht sofort erfüllen, sondern muss zunächst einen Lastwechsel vollführen, bei welchem zunächst das positive Antriebsmoment M auf null reduziert wird, um anschließend ein negatives Antriebsmoment M zu erzeugen. Dieser Lastwechsel wird zum regenerativen Bremsen zunächst abgewartet und die regenerative Bremsfunktion wird erst dann aktiviert, wenn der Lastwechsel vollzogen ist und das Antriebsmoment M negativ ist, nämlich nach dem Zeitpunkt t1. Während des Wartens auf den Lastwechsel wird das Fahrzeug 2 also nicht aktiv gebremst. Bei der dissipativen Bremsstrategie Bdis wird das Fahrzeug 2 dagegen unmittelbar im Anschluss an die Bremsanforderung B dissipativ gebremst. Der Lastwechsel wird also gerade nicht abgewartet.
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Die regenerative Bremsstrategie Breg führt aufgrund der Wartezeit tw, die notwendig ist, um den Lastwechsel durchzuführen, regelmäßig zu einem längeren Bremsweg oder bei gleichem Bremsweg zu einer stärkeren Bremsung als die dissipative Bremsstrategie Bdis, welche unabhängig vom Vorzeichen des Antriebsmoments M durchführbar ist. Denn während der Wartezeit tw bewegt sich das Fahrzeug 2 ungebremst weiter fort. Dadurch ergibt sich aber ein Zielkonflikt derart, dass die regenerative Bremsstrategie Breg zwar energieeffizienter ist, aber möglicherweise ein Sicherheitsrisiko birgt, da je nach Situation unter Umständen nicht genug Zeit zur Verfügung steht, um den nötigen Lastwechsel abzuwarten. Dieser Zielkonflikt wird nun dadurch aufgelöst, dass in dem Fall, dass eine Bremsanforderung B erfolgt, während das Antriebsmoment M positiv ist, speziell für die regenerative Bremsstrategie Breg wie in 2 gezeigt ermittelt wird, ob bei deren Durchführung ein Komfortkriterium K erfüllbar ist. Die konkrete Ausgestaltung des Komfortkriteriums K ist dabei zunächst nicht relevant, wesentlich ist vielmehr, dass das Komfortkriterium K eine Randbedingung ist, welche beim Bremsen möglichst eingehalten werden soll und welche der Entscheidung zwischen den beiden Bremsstrategien Bdis, Breg zugrunde gelegt wird. Die regenerative Bremsstrategie Breg wird dann tatsächlich ausgewählt und durchgeführt, wenn dabei das Komfortkriterium K erfüllbar ist, andernfalls wird die dissipative Bremsstrategie Bdis ausgewählt und durchgeführt. Es wird also entschieden, welche Bremsstrategie Bdis, Breg verwendet wird, indem überprüft wird, ob ein Komfortkriterium K eingehalten werden kann. Wenn bei einer Durchführung der regenerativen Bremsstrategie Breg das Komfortkriterium K nicht erfüllbar ist, wird diese Bremsstrategie Breg auch nicht gewählt, sondern es wird die alternative, dissipative Bremsstrategie Bdis gewählt. Somit wird im Bedarfsfall einer Bremsung individuell geprüft, ob eine regenerative Bremsung möglich ist oder nicht, und falls möglich, wird eine solche regenerative Bremsung bevorzugt ausgeführt.
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Die Fahrautomatik 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass diese abhängig von den Umgebungsbedingungen eine Bremsanforderung B erzeugen kann, um das Fahrzeug 2 zu verlangsamen. Die Umgebungsbedingungen werden z.B. mittels geeigneter und nicht näher gezeigter Sensorik bestimmt. Während ein Mensch eine gewisse Reaktionszeit benötigt, um seinen Fuß von einem Gaspedal auf ein Bremspedal zu setzen und dadurch eine Bremsanforderung B auszulösen, ist die Fahrautomatik 10 ausgebildet, deutlich schneller von einer Beschleunigungsanforderung auf eine Bremsanforderung B zu wechseln. Dabei ist die Fahrautomatik 10 regelmäßig schneller als der Lastwechsel der E-Maschine 4, sodass eine Bremsanforderung B regelmäßig schon dann erzeugt wird, wenn die E-Maschine 4 noch ein positives Antriebsmoment M erzeugt, sodass eine regenerative Bremsstrategie Breg nicht möglich ist, wie aus 3 deutlich wird. Beim Betrieb mit einer Fahrautomatik 10 wäre es grundsätzlich möglich, immer eine dissipative Bremsstrategie Bdis zu wählen und auf eine regenerative Bremsstrategie Breg gänzlich zu verzichten, mit den entsprechenden Nachteilen. Vorliegend wird im Gegensatz hierzu in Abhängigkeit des Komfortkriteriums K der Lastwechsel einfach abgewartet, um dann zum späteren Zeitpunkt t1 die regenerative Bremsstrategie Breg zu verwenden.
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Die beiden Bremsstrategien Bdis, Breg beeinflussen das Fahrzeug 2 und ggf. auch dessen Insassen auf unterschiedliche Weise. Dabei wirken auf das Fahrzeug 2 und die Insassen beim Bremsen bestimmte Kräfte, welche von der Stärke der Bremsung abhängig sind, also davon, welcher Wert für die Verzögerung von der Fahrautomatik 10 gefordert wird. Bestimmte Bremsstrategien können zu starken Bremsungen führen mit entsprechenden Konsequenzen für das Fahrzeug 2 und die Insassen. Dies wird nun durch das Komfortkriterium K berücksichtigt. Wie 2 zeigt, wird die regenerative Bremsstrategie Breg dann immer dann gewählt und durchgeführt, wenn dies möglich ist ohne das Komfortkriterium K zu verletzen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Komfortkriterium K durch eine maximale Verzögerung definiert und ist dann erfüllbar, wenn bei einer Durchführung einer jeweiligen Bremsstrategie Bdis, Breg die Verzögerung, welche dabei erzeugt wird, die maximale Verzögerung nicht überschreitet. Die maximale Verzögerung bestimmt dabei, welche Kräfte maximal auf das Fahrzeug und die Insassen noch akzeptabel sind. Vor einer Auswahl und Durchführung einer der beiden Bremsstrategien Bdis, Breg wird dann bestimmt, welche Auswirkungen sich bei einer Durchführung der entsprechenden Bremsstrategie Bdis, Breg ergeben, speziell wie sich die Verzögerung während der Durchführung entwickelt und ob die Verzögerung die maximale Verzögerung überschreitet. Dies geschieht in einer Variante unter Berücksichtigung eines maximalen Bremswegs des Fahrzeugs 2 als eine zusätzliche Randbedingung.
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Da bei der regenerativen Bremsstrategie Breg die Wartezeit tw für den Lastwechsel eine zusätzliche und insbesondere ungebremste Wegstrecke für das Fahrzeug 2 darstellt, muss bei der regenerativen Bremsstrategie Breg unter Umständen eine größere Verzögerung zugrundegelegt werden, um den maximalen Bremsweg einhalten zu können. Je nach konkreter Situation lässt sich dann das Komfortkriterium K unter Umständen nicht einhalten, sodass dann die dissipative Bremsstrategie Bdis ausgewählt und durchgeführt wird. Dies ist regelmäßig bei besonders kurzen maximalen Bremswegen der Fall, sodass in diesen Fällen eine besonders zeitige Bremsung durchgeführt wird. Lässt sich aber trotz der Wartezeit tw das Komfortkriterium K einhalten, dann wird die regenerative Bremsstrategie Breg ausgewählt, da diese energieeffizienter ist.
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In einer Variante ist das Fahrzeug 2 alternativ oder zusätzlich zu einem vorausliegenden Objekt 12 in einem Ist-Abstand I beabstandet und das Komfortkriterium K ist durch einen Mindestabstand des Fahrzeugs 2 zu dem vorausliegenden Objekt 12, definiert und dann erfüllbar, wenn bei einer Durchführung einer jeweiligen Bremsstrategie Bdis, Breg der Ist-Abstand I den Mindestabstand nicht unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich zu der oben erwähnten maximalen Verzögerung wird also bei der Auswahl der durchgeführten Bremsstrategie Bdis, Breg auch der Ist-Abstand I mit berücksichtigt, indem ein Mindestabstand als eine Randbedingung verwendet wird. Es wird dann also überprüft, ob sich das Komfortkriterium K einhalten lässt, ohne den Mindestabstand zu unterschreiten und dann entsprechend eine der beiden Bremsstrategien Bdis, Breg ausgewählt.
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Das vorausliegende Objekt 12 ist regelmäßig ein weiteres Fahrzeug, welches dem Fahrzeug 2 vorausfährt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel regelt die Fahrautomatik 10 einen Ist-Abstand I des Fahrzeugs 2 zu dem vorausliegenden Objekt 12 auf einen Soll-Abstand S ein, sodass eine Abstandsregelung realisiert ist. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, sind in den 4 und 6 nun zwei spezielle Szenarien dargestellt, bei welchen sich der Ist-Abstand I bezüglich des vorausliegenden Objekts 12 ändert, welche die Fahrautomatik 10 zu einer Reaktion veranlassen. Die 5 und 7 zeigen dann die zeitliche Entwicklung des Ist-Abstands I als Ergebnis der beiden Bremsstrategien Bdis, Breg für die beiden Szenarien. Dabei entsprechend die Zeitpunkte t0, t1 in den 5 und 7 den Zeitpunkten t0, t1 in 3, sodass die Änderung des Ist-Abstands I mit der Entwicklung des Antriebsmoments M vergleichbar ist.
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In 4 ist in einer Ansicht von oben als ein erstes Szenario eine Einschersituation dargestellt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ist-Abstand I zunächst dem Soll-Abstand S entspricht und schlagartig dadurch reduziert wird, dass sich ein anderes Objekt 16, hier ein drittes Fahrzeug, in den Zwischenraum zwischen dem Fahrzeug 2 und dem vorausliegenden Objekt 12 einschiebt. Die einzelnen Bewegungen sind in 4 durch Pfeile angedeutet. Das weitere Objekt 16 ist nun das vorausliegende Objekt 12 - in 4 durch ein Rechteck mit gestrichener Umrandung dargestellt - und nunmehr deutlich näher. Die Fahrautomatik 10 erkennt also einen reduzierten Ist-Abstand I, welcher den Soll-Abstand S unterschreitet und löst daraufhin eine Bremsanforderung B aus. Dies wird besonders deutlich in 5. Der Ist-Abstand I entspricht zunächst konstant dem Soll-Abstand S, bis zum Zeitpunkt t0 das dritte Fahrzeug vor das Fahrzeug 2 einschert. Hierdurch wird eine Bremsanforderung B ausgelöst und wird überprüft, wie sich die Situation für die beiden Bremsstrategien Bdis, Breg entwickelt. Die in 5 gezeigte Entwicklung des Ist-Abstands I über die Zeit t für die beiden Bremsstrategien Bdis, Breg kann im Detail je nach konkreter Situation durchaus unterschiedlich sein, deutlich erkennbar ist aber, dass die dissipative Bremsstrategie Bdis sofort zu einer Vergrößerung des Ist-Abstands I führt, während bei der regenerativen Bremsstrategie Breg zunächst keine Änderung auftritt. Bei der regenerativen Bremsstrategie Breg wird erst nach der Wartezeit tw der Ist-Abstand I wieder vergrößert. Je nach Verhalten des dritten Fahrzeugs, wenn dies z.B. langsamer ist als das Fahrzeug 2, kann aber eine entsprechend stärkere Bremsung notwendig sein, welche möglicherweise das Komfortkriterium K nicht mehr erfüllt. In diesem Fall wird die dissipative Bremsstrategie Bdis gewählt. Ist das Komfortkriterium K dagegen erfüllbar, wird die regenerative Bremsstrategie Breg gewählt.
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In 6 ist als ein zweites Szenario eine Annäherungssituation gezeigt, welche dadurch charakterisiert ist, dass sich der Ist-Abstand I zum vorausliegenden Objekt 12 mit der Zeit verringert, da das Fahrzeug 2 relativ betrachtet eine höhere Geschwindigkeit - in 6 durch entsprechende Pfeile verdeutlicht - aufweist als das vorausliegende Objekt 12, sodass das Fahrzeug 2 das vorausliegende Objekt 12 einholt. Wie vor allem 7 zeigt, ist in dem gezeigten Fall zunächst der Ist-Abstand I größer als der Soll-Abstand S und das Fahrzeug 2 nähert sich dem Objekt 12. In dieser Annäherungssituation besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug 2 auf das vorausliegende Objekt 12 auffährt, sodass die Fahrautomatik 10 entsprechend reagiert, um dies zu vermeiden. Die Fahrautomatik 10 misst also den Ist-Abstand I und erkennt die Annäherungssituation dadurch, dass der Ist-Abstand I sich verringert. Daraufhin löst die Fahrautomatik 10 zum Zeitpunkt t0 eine Bremsanforderung B aus. Vorliegend wird die Bremsanforderung B bereits ausgelöst, bevor der Ist-Abstand I den Soll-Abstand S unterschreitet, um diesen Fall im Voraus zu vermeiden. In einer Variante wird die Bremsanforderung B dagegen erst dann ausgelöst, wenn der Ist-Abstand I dem Soll-Abstand S entspricht oder diesen unterschreitet.
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Allgemein besteht bei einer Annäherungssituation aufgrund des großen Ist-Abstands I noch Raum für eine weitere Verringerung des Ist-Abstands I, ohne dass zunächst eine Verzögerung notwendig ist. Die Differenz zwischen dem Ist-Abstand I und dem im Vergleich dazu geringeren Soll-Abstand S steht als zusätzliche Wegstrecke und Wartezeit tw zur Verfügung, um den Lastwechsel der E-Maschine 4 abzuwarten, sodass das Komfortkriterium K einfacher zu erfüllen ist. In dem in 7 gezeigten Fall wird bei der regenerativen Bremsstrategie der Soll-Abstand S kurzzeitig unterschritten. Dies wird akzeptiert, solange im Rahmen des Komfortkriteriums ein vorgegebener Mindestabstand Amin, welcher also nicht notwendig gleich dem Soll-Abstand S ist, nicht ebenfalls unterschritten wird. Diese Berücksichtigung eines Mindestabstands Amin ist auch im Falle einer Einschersituation möglich und wird in einer nicht gezeigten Variante auch durchgeführt.
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Vorliegend wird der Ist-Abstand I mittels eines Abstandssensors 18 gemessen. In einer nicht gezeigten Alternative oder zusätzlich wird der Ist-Abstand I mittels einer Car2Car- oder Car2X-Kommunikation ermittelt, für welche beispielsweise die Steuereinheit 8 entsprechend geeignet ausgebildet ist.
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Ist das Antriebsmoment M bei der Erzeugung der Bremsanforderung B nicht wie in 3 gezeigt positiv, sondern bereits negativ, wird unmittelbar die regenerative Bremsstrategie Breg durchgeführt. In diesem Fall braucht kein Lastwechsel abgewartet zu werden, sodass die regenerative Bremsstrategie Breg zunächst keinerlei Nachteile gegenüber der dissipativen Bremsstrategie Bdis aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeug
- 4
- E-Maschine
- 6
- Fahrwerk
- 8
- Steuereinheit
- 10
- Fahrautomatik
- 12
- Objekt
- 14
- Reibbremse
- 16
- anderes/weiteres Objekt
- 18
- Abstandssensor
- B
- Bremsanforderung
- Bdis
- dissipative Bremsstrategie
- Breg
- regenerative Bremsstrategie
- I
- Ist-Abstand
- K
- Komfortkriterium
- M
- Antriebsmoment
- S
- Soll-Abstand
- t
- Zeit
- t0, t1
- Zeitpunkt
- tw
- Wartezeit
