DE102020203127A1

DE102020203127A1 - Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102020203127A1
Application number: DE102020203127.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoffmann; Uwe Bach; Martin Semsch; Matthias Schulitz
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US20210284124A1; KR20210116246A; KR102659776B1; US11760333B2; CN113386765A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Bremssystem mit Reibungsbremsen und ein Antriebssystem mit einem auf wenigstens ein Rad des Fahrzeugs wirkenden elektromotorischen Antrieb und einer Batterie zur Energieversorgung des elektromotorischen Antriebs aufweist. Das Verfahren weist dabei das Ermitteln von den Zustand des Fahrzeugs und/oder den Zustand des Bremssystems und/oder des Antriebssystems beschreibenden Zustandsinformationen (202, 210), das Ermitteln von den Streckenverlauf einer zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs beschreibenden Weginformationen (218), das Ermitteln eines Aktionsplans (248) für eine Umsetzung einer zukünftigen Bremsanforderung (252) durch die Reibungsbremsen und/oder den elektromotorischen Antrieb auf Grundlage der Zustandsinformationen (202, 210) und der Weginformationen (218), wobei der Aktionsplan (248) für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke vorgibt, ob eine Bremsanforderung des Fahrzeugs mittels der Reibungsbremse und/oder des Antriebssystems umgesetzt werden soll, und das Umsetzen einer in dem Fahrzeug ausgelösten Bremsanforderung (252) entsprechend dem Aktionsplan (248) auf

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs.
Bei Fahrzeugen mit einem elektromotorischen Antrieb, also Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen, ist es aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, wenn die Reibungsbremsen des Fahrzeugs so ausgelegt werden, dass - abhängig von gesetzlichen Vorgaben mit oder ohne Rekuperation - immer ein bestimmtes Bremsmoment erreicht werden kann. Für die Dimensionierung der Bremsen ist jedoch häufig die thermische Belastbarkeit maßgeblich, die Kosten, Gewicht und Bauraum entscheidend beeinflussen.
Das rekuperative oder Gegenstrom-Bremsen mittels des elektromotorischen Antriebs bietet hier grundsätzlich das Potential, die Reibbremse, insbesondere bezüglich thermischer Anforderungen, kompakter zu dimensionieren. Verschiedene Szenarien verhindern jedoch bisher diese Entwicklung. So kann beispielsweise ein nahezu voll aufgeladenes Fahrzeug nicht rekuperieren und eine lange Bergabfahrt (beispielsweise die Groß-Glockner-Abfahrt) führt zur Überlastung der Reibbremsen.
Neben dem Batteriemanagement beeinflusst auch die thermische Auslastung des elektromotorischen Antriebs, in wie weit rekuperativ oder durch aktive Bestromung das Antriebs gebremst werden kann. Je nach Fahrzeug-Zustand ergeben sich für die Reibungsbremsen somit unterschiedlich hohe Anforderungen, die einer kompakteren und zielgerichteten Dimensionierung im Wege stehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs anzugeben, das eine kompaktere und zielgerichtete Dimensionierung einer Reibungsbremse eines Fahrzeugs mit elektromotorischem Antrieb ermöglicht
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Bremssystem mit Reibungsbremsen und ein Antriebssystem mit einem auf wenigstens ein Rad des Fahrzeugs wirkenden elektromotorischen Antrieb und einer Batterie zur Energieversorgung des elektromotorischen Antriebs aufweist. Dabei weist das Verfahren das Ermitteln von den Zustand des Fahrzeugs und/oder den Zustand des Bremssystems und/oder des Antriebssystems beschreibenden Zustandsinformationen, das Ermitteln von den Streckenverlauf einer zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs beschreibenden Weginformationen, das Ermitteln eines Aktionsplans für eine Umsetzung einer zukünftigen Bremsanforderung durch die Reibungsbremsen und/oder den elektromotorischen Antrieb auf Grundlage der Zustandsinformationen und der Weginformationen, wobei der Aktionsplan für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke vorgibt, ob eine Bremsanforderung des Fahrzeugs mittels der Reibungsbremse und/oder des Antriebssystems umgesetzt werden soll, und das Umsetzen einer in dem Fahrzeug ausgelösten Bremsanforderung entsprechend dem Aktionsplan auf.
Unter der „Längsdynamik“ eines Fahrzeugs bzw. einer Änderung der Längsdynamik ist dabei jedwede Veränderung der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, also sowohl Bremsvorgänge, als auch Beschleunigungsvorgänge zu verstehen.
„Zustandsinformationen“ des Fahrzeugs sind dabei ganz allgemein Informationen, die den Zustand des Fahrzeugs in irgendeiner Form beschreiben. Hierbei kann es sich beispielsweise um aktuelle Raddrehzahlen des Fahrzeugs, die Dauer eines Bremsvorganges, den dabei anliegenden Bremsdruck, den Pedalweg eines Bremspedals, das Fahrzeuggewicht, eine Fahrzeugneigung, oder ähnliches handeln.
Das beschriebene Verfahren hat dabei den Vorteil, dass auf Grundlage des Aktionsplans eingehende Bremsanforderungen so umgesetzt werden können, dass die vorhandene Infrastruktur, also der elektromotorische Antrieb, die Batterie, und die Reibungsbremsen, optimal, also möglichst effizient und gleichmäßig ausgenutzt werden. So kann beispielsweise in dem Aktionsplan berücksichtigt werden, wie der elektromotorische Antrieb über einen bestimmten Streckenabschnitt genutzt wurde oder genutzt werden wird und ob bei einer anschließenden Verzögerung des Fahrzeugs die Verzögerungsleistung durch den elektromotorischen Antrieb erzeugt werden kann, oder die Reibungsbremsen eingesetzt werden müssen. Der Aktionsplan gibt demnach eine Prognose für die Anzahl und Art von Folgebremsung an und stellt eine hierauf basierende, optimierte Bremsstrategie für zukünftige Bremsanforderungen bereit.
Nach dem Auslösen einer Bremsanforderung wird demnach zunächst geprüft, an welchem Zeitpunkt und/oder welchem Bereich der Fahrstrecke sich das Fahrzeug gegenwärtig befindet. Anschließend wird für diesen Zeitpunkt und/oder Bereich aus dem Aktionsplan ermittelt wie die Bremsanforderung umgesetzt werden soll, woraufhin die Bremsanforderung dementsprechend umgesetzt wird. Eine Bremsanforderung kann dabei sowohl durch Betätigung eines Bremspedals durch den Fahrzeugführer ausgelöst werden, als auch beispielsweise durch eine automatisierte Fahrfunktion wie beispielsweise ein Autopilot.
Die Zustandsinformationen, die in die Ermittlung des Aktionsplans einfließen, beinhalten dabei nach einer Ausführungsform zumindest eine der folgenden Größen:

• den Ladestatus der Batterie,
• die Temperatur der Batterie
• die Temperatur des elektromotorischen Antriebs,
• die Temperatur der Reibungsbremsen.

So geben Ladestatus und/oder Temperatur der Batterie eine Auskunft darüber, ob eine Bremsanforderung durch rekuperatives Bremsen umgesetzt werden kann. Die Temperatur des elektromotorischen Antriebs hingegen erlaubt eine Aussage darüber, ob eine Verzögerung durch aktive Bestromung des elektromotorischen Antriebs herbeigeführt werden kann. Dabei kann die Temperatur des elektromotorischen Antriebs auch in eine Temperatur des Elektromotors, also der Maschine an sich, und eine Temperatur der Leistungselektronik unterteilt werden, die jeweils separat ausgewertet werden. Gleichermaßen gibt auch die Temperatur der Reibungsbremse eine Aussage darüber, ob die Reibungsbremse für ein folgendes Bremsmanöver eingesetzt werden sollten, oder die Bremswirkung aufgrund einer erhöhten Temperatur zu gering wäre, oder eine kritische, die Reibbremse schädigende Temperatur überschritten würde.
Dementsprechend ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Aktionsplan vorgibt, ob bei einer Umsetzung der Bremsanforderung durch das Antriebssystem das Antriebssystem zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt werden soll, oder über das Antriebssystem Energie in die Batterie rekuperiert werden soll. Eine aktiven Bestromung des elektromotorischen Antriebs zur Verzögerung des Fahrzeugs kann dabei dergestalt erfolgen, dass der Elektromotor mit einem negativen Lastwinkel aktiv bestromt wird sodass sich ein der Fahrzeugbewegung entgegengerichtetes Moment aufbaut, welches zum Abbremsen des Fahrzeugs führt.
Um eine möglichst effiziente Ausnutzung des Bremssystems und des Antriebssystems bei der Umsetzung von Bremsanforderungen zu gewährleisten, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Ermitteln des Aktionsplans das Ermitteln von aufgrund des Streckenverlaufs wahrscheinlich erforderlichen Bremsvorgängen für definierte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke beinhaltet.
Hierzu kann beispielsweise auf eine Streckenkarte zurückgegriffen werden, in der bestimmte Bereiche so gekennzeichnet sind, dass daraus abgeleitet werden kann, ob hier ein Bremsvorgang notwendig sein wird, oder nicht.
Dies kann einer weiteren Ausführungsform insbesondere dadurch gestützt sein, dass die Weginformationen einen Kurvenverlauf der zukünftigen Fahrstrecke und/oder ein Höhenprofil der Strecke zukünftigen Fahrstrecke beinhalten. So kann beispielsweise aus der Information, dass in einem bestimmten Streckenabschnitt der Streckenverlauf weitgehend geradlinig und abschüssig ist, wobei eine enge Kurve an eben diesen Streckenabschnitt anschließt, abgeleitet werden, dass an dieser Stelle voraussichtlich ein Bremsvorgang notwendig sein wird. Dabei kann auch abgeschätzt werden, wie stark an eben dieser Stelle gebremst werden müsste, beispielsweise aus der Steigung des vorangegangenen Abschnitts, dem Radius der anschließenden Kurve und einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dies kann bei der Planung der folgenden Bremsvorgänge im Rahmen des Aktionsplans berücksichtigt werden.
Eine solche Abschätzung von in Zukunft notwendigen Bremsmanövern in bestimmten Streckenabschnitten kann nach einer weiteren Ausführungsform ferner dadurch unterstützt werden, dass die Weginformationen eine Verkehrslage auf der zukünftigen Fahrstrecke beinhalten. So kann beispielsweise aus der Information, dass in einem bestimmten Streckenbereich sehr dichter Verkehr herrscht, abgeleitet werden, dass bei Eintritt in diesen Streckenbereich das Fahrzeug verzögert werden muss.
Hierzu ist nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen, dass Weginformationen Informationen beinhalten, die mittelbar oder unmittelbar von anderen Fahrzeugen auf der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs empfangen wurden. So kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeuge untereinander direkt Informationen austauschen, beispielsweise hinsichtlich der Verkehrslage oder auch des Streckenverlaufs. Alternativ oder zusätzlich kann ferner vorgesehen sein, dass die Fahrzeuge die entsprechenden Informationen auf einen Server hochladen, auf den das Fahrzeug im Rahmen der Ermittlung des Aktionsplans zugreift und die entsprechenden Informationen abruft.
Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, handelt es sich bei den Zustandsinformationen um Informationen, die den Zustand des Fahrzeugs, des Bremssystems und/oder des Antriebssystems beschreiben. Neben den zuvor bereits beschriebenen, direkt messbaren Zustandsinformationen, nämlich Temperaturen oder dem Ladestatus der Batterie, sowie indirekt bestimmbaren Größen, wie eine aktuell anliegenden Bremskraft, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, oder einer Zeitspanne, können auch aus solchen Größen abgeleitete Werte als Zustandsinformationen verwendet werden. Demgemäß ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Ermitteln der Zustandsinformation die Bestimmung einer aktuell durch die Reibungsbremsen umgesetzten Bremsleistung beinhaltet. Ausgehend von einer so ermittelten aktuell umgesetzten Bremsleistung der Reibungsbremse kann dann abgeleitet werden, wie belastbar die Reibungsbremsen bei zukünftigen Bremsmanövern noch sein werden. Zur Bestimmung der aktuell umgesetzten Bremsleistung kann dabei auf Temperaturmodelle oder entsprechende Kennlinien zurückgegriffen werden.
Hierzu kann nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Zustandsinformationen das Auswerten von Betriebsparametern des Bremssystems und/oder des Antriebssystems während vorhergehender Bremsvorgänge beinhaltet. Dementsprechend wird bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit der Reibungsbremse auch auf eine Historie vorangegangener Bremsvorgänge zurückgegriffen, was eine genaue Abschätzung der verbleibenden Leistungsfähigkeit der Reibungsbremsen ermöglicht. Ferner kann eine solche Bremshistorie auch verwendet werden, um aktuell gemessene Werte, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur der Reibungsbremse, zu plausibilisieren.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist weiter vorgesehen, dass das Antriebssystem wenigstens zwei elektromotorischen Antriebe aufweist, wobei die elektromotorischen Antriebe auf jeweils unterschiedliche Fahrzeugräder wirken.
Ausgehend von dieser Infrastruktur ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Aktionsplan für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe ein Antriebsmoment erzeugen soll, während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe Energie in die Batterie rekuperieren soll. So kann beispielsweise bei sehr tiefen Außentemperaturen ein Vorheizen des elektromotorischen Antriebs erreicht werden, sodass der elektromotorische Antrieb stets in einem optimalen Temperaturbereich arbeiten kann. Dabei wird vorzugsweise die Bilanz zwischen Antriebsmoment und Verzögerungsmoment so gestaltet, dass effektiv keine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass der Aktionsplan für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe ein Antriebsmoment erzeugen soll, während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt werden soll. So kann beispielsweise zur Vorbereitung einer nachfolgenden Verzögerung des Fahrzeugs mittels Rekuperation die Batterie aktiv entladen werden. Auch hier wird vorzugsweise die Bilanz zwischen Antriebsmoment und Verzögerung Moment so gestaltet, dass keine Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist in einer dritten Variante vorgesehen, dass der Aktionsplan für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt werden soll, während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe Energie in die Batterie rekuperieren soll. So kann, wenn der Ladestatus der Batterie ein rein rekuperatives Bremsen eigentlich nicht zulässt, trotzdem zumindest teilweise rekuperativ gebremst werden, da die Batterie teilweise durch die aktive Bestromung des elektromotorischen Antriebs wieder entladen wird.
Wie zuvor bereits beschrieben wurde, beruht ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin, dass anhand eines Aktionsplans für zukünftige Bremsmanöver entschieden wird, wie eine eingegangene Bremsanforderung umgesetzt werden soll. Um einen möglichst genauen Aktionsplan zu erhalten, der eine zukünftige Situation des Fahrzeugs möglichst präzise vorhergesagt, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren ferner das Extrapolieren der Zustandsinformationen unter Berücksichtigen des Aktionsplans und der Weginformationen beinhaltet, wobei der Aktionsplan für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke anhand der extrapolierten Zustandsinformationen präzisiert wird. Folglich wird in dieser Ausführungsform der Aktionsplan iterativ immer weiter verfeinert, indem ausgehend von einem aktuellen Aktionsplan ermittelt wird, wie sich die Zustandsinformationen des Fahrzeugs zu späteren Zeitpunkten und oder auf späteren Streckenabschnitten entlang der Fahrstrecke verändern werden. Ausgehend von diesen veränderten Informationen wird dann der Aktionsplan weiter präzisiert. Diese Präzisierung des Aktionsplans erfolgt dabei vorzugsweise fortlaufend während der Fahrt.
Zuvor wurde weitgehend darauf Bezug genommen, dass der Aktionsplan vorgibt, wie eine eingehende Bremsanforderung umgesetzt werden soll. Nach einer weiteren Ausführungsform ist jedoch auch vorgesehen, dass der Aktionsplan für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke vorgibt, ob eine Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs mittels des elektromotorischen Antriebs oder eines Verbrennungsantriebs des Fahrzeugs umgesetzt werden soll, wobei das Verfahren das Umsetzen einer in dem Fahrzeug ausgelösten Beschleunigungsanforderung entsprechend dem Aktionsplan aufweist.
Auf diese Weise wird eine ganzheitliche Verzögerungs- und Beschleunigungsstrategie für das Fahrzeug in dem Aktionsplan festgelegt, auf die insbesondere bei automatisierten Fahrfunktionen zurückgegriffen werden kann. Die Art und Weise der Beschleunigungsvorgänge und der Verzögerungsvorgänge ist dabei bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass das Fahrzeug möglichst energieeffizient und mit möglichst geringem Einsatz der Reibungsbremse die vorgesehene Fahrstrecke befährt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei bestimmten Beschleunigungsvorgängen rein elektrisch beschleunigt wird, sodass für eine nachfolgende Fahrzeugverzögerung die Kapazitäten des elektromotorischen Antriebs ausreichend sind. Dabei kann insbesondere durch gezielte Beschleunigung des Fahrzeugs mittels des elektromotorischen Antriebs die Batterie in einen Zustand versetzt werden, der ein rekuperatives Bremsen zulässt.
Zur Bestimmung einer Beschleunigungsstrategie im Rahmen des Aktionsplans kann dabei auch auf Informationen aus weiteren Fahrfunktionen des Fahrzeugs zurückgegriffen werden, beispielsweise auf Informationen eines Adaptive Cruise Control Systems (ACC). Ferner kann ein solches ACC System auch entsprechend dem Aktionsplan angesteuert werden.
Um die Batterie so zu entladen, dass eine rekuperative Verzögerung des Fahrzeugs möglich ist, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Aktionsplan für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass elektrische Verbraucher des Fahrzeugs zum Entladen der Batterie zugeschaltet werden. So können beispielsweise zusätzliche Aggregate, wie Heizelemente oder Klimakompressoren, als bedarfsgerechte Verbraucher hinzugeschaltet werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs,
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs der Datenverarbeitung und
3 eine beispielhafte Systemarchitektur zur Umsetzung des Verfahrens.

Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrensablaufs. Dabei werden in einem ersten Schritt 100 zunächst Zustandsinformationen ermittelt, die den Zustand des Fahrzeugs, des Bremssystems, und/oder des Antriebssystems beschreiben. Bezüglich des Zustands des Fahrzeugs können dies beispielsweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Beschleunigung des Fahrzeugs, eine Raddrehzahl, eine Neigung des Fahrzeugs relativ zur Horizontalen, oder weitere Informationen sein, die eine Betätigung des Bremssystems charakterisieren. Hierzu können beispielsweise Ausgangssignale eines Pedalwegsensors, ein anliegender Bremsdruck, oder die Dauer eines Bremsvorgangs herangezogen werden.
Bezüglich des Zustands des Bremssystems sind dabei insbesondere Informationen relevant, die einen Rückschluss auf eine bremsrelevanten Fahrzeugzustand erlauben. Hierzu kann beispielsweise die Temperatur der Reibungsbremse herangezogen werden, die eine Information darüber gibt, wie stark eine Reibungsbremse belastet ist und wie stark sie noch belastet werden kann. Die Temperatur der Reibungsbremse kann dabei beispielsweise direkt über einen entsprechenden Temperatursensor ermittelt werden, oder kann aus einem Temperaturmodell errechnet werden, das beispielsweise auf vorangegangene Bremsmanöver zurückgreift und die dabei anliegenden Bremsdrücke und Bremsdauern auswertet. Der Zustand des Antriebssystems kann durch Temperatursensoren in dem elektromotorischen Antrieb, dem Kühlsystem des Antriebs, oder einem dem Antrieb vorgeschalteten Inverter ermittelt werden. Ferner kann hierbei auch die Sensorik eines Batteriesystems angesprochen werden, beispielsweise um den Ladezustand der Batterie des elektromotorischen Antriebs zu ermitteln.
In einem zweiten Schritt 102 werden anschließend Weginformationen ermittelt, die den Streckenverlauf einer zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs beschreiben. Hierzu kann beispielsweise auf Informationen eines Global Positioning Systems (GPS) zurückgegriffen werden, woraus beispielsweise der auf der zukünftigen Fahrstrecke vorliegende Kurvenverlauf, oder ein Höhenprofil der zukünftigen Fahrstrecke ermittelt werden kann. Die Informationen bezüglich der zukünftigen Fahrstrecke können dabei ferner verfeinert werden, in dem auch eine Verkehrsauslastung der zukünftigen Fahrstrecke berücksichtigt wird. Hierzu kann beispielsweise auf Quellen wie ein Radio Data System (RDS), Traffic Message Channel (TMC), oder auch das Mobilfunknetz (Global System for Mobile Telecommunications, GSM) zurückgegriffen werden. Dabei können entsprechende Informationen sowohl von anderen Fahrzeugen bezogen werden, als auch von einer zentralen Quelle, beispielsweise einem Server zur Bereitstellung von Verkehrsinformationen.
Nachdem die Zustandsinformationen und die Weginformationen ermittelt wurden, wird anschließend in Schritt 104 anhand dieser Daten ein Aktionsplan ermittelt, der beschreibt, wie eine Umsetzung einer zukünftigen Bremsanforderung durch die Reibungsbremsen und/oder den elektromotorischen Antrieb für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke erfolgen soll. Dabei kann die Ermittlung des Aktionsplans auch als interaktiver Prozess implementiert sein, bei dem anhand eines ermittelten Aktionsplans extrapoliert wird, wie sich die Zustandsinformationen des Fahrzeugs entlang der Fahrstrecke verändern werden. Ausgehend von diesen extrapolierten Zustandsinformationen kann dann der Aktionsplan weiter verfeinert werden. Ziel des Aktionsplans ist dabei, dass die vorhandene Infrastruktur, also das Bremssystem und das Antriebssystem, bei nachfolgenden Bremsanforderungen und Beschleunigungsanforderungen möglichst effizient genutzt wird. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf einer Vermeidung einer übermäßigen Verwendung der Reibungsbremse und einer gleichzeitigen Vermeidung einer Überlastung der einzelnen Komponenten, also beispielsweise der Batterie, des elektromotorischen Antriebs, oder der Reibungsbremse.
Ein beispielhaftes Szenario zur Festlegung des Aktionsplans wird dabei nachfolgend beschrieben. Aus den Zustandsinformationen wird dabei beispielsweise ermittelt, dass die Batterie voll geladen ist, eine Rekuperation und mithin rekuperatives Bremsen demnach nicht möglich ist. Ferner ist der elektromotorische Antrieb hinsichtlich seiner Temperaturbelastung unkritisch und folglich voll einsatzfähig. Die Reibungsbremse weist jedoch eine erhöhte Temperatur auf, ist jedoch für Notbremsungen noch voll einsetzbar. Aus den Weginformationen wurde dabei für einen definierten Streckenabschnitt ermittelt, dass beispielsweise aufgrund eines Gefälles eine hohe Bremsleistung erforderlich ist.
In diesem Fall würde der Aktionsplan bevorzugt vorsehen, dass zur Umsetzung einer Bremsanforderung der elektromotorische Antrieb aktiv bestromt wird, sodass ein Verzögerungsmoment erzeugt wird. Auf diese Weise wird ein Überhitzen der Reibungsbremsen verhindert und die Batterie zumindest teilweise entladen. Die Reibungsbremse bleibt demnach auch weiterhin verfügbar und wird nicht überstrapaziert.
Liegt anschließend in Schritt 106 eine Beschleunigungsanforderung oder eine Bremsanforderung vor, wird zunächst geprüft, an welchem Punkt im Aktionsplan, also an welchem Zeitpunkt bzw. Bereich der Fahrstrecke, das Fahrzeug sich gegenwärtig befindet. Ausgehend hiervon wird dann aus dem Aktionsplan ermittelt, wie die Bremsanforderung bzw. Beschleunigungsanforderung umzusetzen ist, woraufhin eine entsprechende Umsetzung der Anforderung erfolgt.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs der Datenverarbeitung im Rahmen des zuvor beschriebenen Verfahrens.
Dabei werden zunächst als Eingangssignale die Zustandsinformationen und Weginformationen ermittelt. Diese teilen sich in der dargestellten Variante der Datenverarbeitung auf in Fahrzeuginformationen 202, die das Fahrzeug und dessen Komponenten an sich beschreiben, also beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung 204, die Neigung des Fahrzeugs 206, oder aktuelle Betätigungsparameter des Bremssystems 208. Ferner enthalten die Eingangssignale auch Antriebs- bzw. Bremsinformationen 210, die den Zustand des Antriebssystems und des Bremssystems beschreiben. Hierzu zählen Temperaturinformationen der Reibungsbremse 212, Temperaturinformationen des Antriebssystems 214, also des elektromotorischen Antriebs, eines Inverters und des Kühlsystems des Antriebs, sowie Informationen aus der Sensorik des Batteriesystems 216, die beispielsweise den Ladezustand der Batterie oder deren Temperatur angeben. Die Fahrzeuginformationen 202 und die Antriebs- bzw. Bremsinformationen 210 bilden dabei zusammen Zustandsinformationen des Fahrzeugs.
Schließlich beinhalten die Eingangssignale auch die Weginformationen 218, die sich beispielsweise aus Daten aus einem GPS-System 220, einem RDS-System, oder TMC 222, und Informationen aus dem Mobilfunknetz (GSM) 224 zusammensetzen. Zur Datenverarbeitung werden dabei beispielsweise aus den Fahrzeuginformationen 202 Informationen bezüglich einer aktuell umgesetzten Bremsleistung der Reibungsbremse 226 abgeleitet, sowie eine mögliche Historie vorangegangener Bremsmanöver 228. Bei der Bestimmung der Historie vorangegangener Bremsmanöver 228 kann dabei insbesondere auch auf die Weginformation 218 zurückgegriffen werden.
Aus der Zusammenschau von aktueller Bremsleistung 226 und der Historie vorangegangener Bremsmanöver 228 wird dann ein Temperaturmodell für die Reibungsbremse 230 erzeugt. Dieses Temperaturmodell für die Reibungsbremse 230 fließt dann zusammen mit den Antriebs- bzw. Bremsinformationen 210 in einen Funktionsblock, in dem ein bremsrelevanter Fahrzeugzustand 232 aus den Eingangssignalen ermittelt wird. Unter einem „bremsrelevanten Fahrzeugzustand“ ist dabei jedwede Information zu verstehen, die einen direkten Aufschluss darüber gibt, wie belastbar die Reibungsbremsen oder die Komponenten des Antriebssystems zur Umsetzung einer Brems- oder Beschleunigungsanforderung sind und zukünftig sein werden. Hierzu wird insbesondere eine aktuelle Temperatur der Reibungsbremse 234, eine thermische Auslastung des elektromotorischen Antriebs 236, sowie die Temperatur und/oder Ladefähigkeit der Batterie 238 ermittelt.
Parallel zur Bestimmung des bremsrelevanten Fahrzeugzustand 232 wird ferner eine bevorstehende Fahrstrecke 240 aus den Weginformation 218 ermittelt. Dabei wird insbesondere auch ein Höhenprofil 242 der bevorstehenden Fahrstrecke ermittelt, wie auch eine Verkehrslage 244 auf der bevorstehenden Fahrstrecke. Aus den Informationen bezüglich der bevorstehenden Fahrstrecke 242 wird dann eine Prognose für die Anzahl und die Art der in Zukunft zu erwartenden Bremsmanöver 246 erstellt. Aus der Zusammenschau der bremsrelevanten Fahrzeugzustände 232 und der in Zukunft zu erwartenden Bremsmanöver 246 wird dann der Aktionsplan 248 ermittelt. Der Aktionsplan gibt dabei vor wie eine zukünftige Bremsanforderung oder Beschleunigungsanforderung durch das Antriebssystem bzw. das Bremssystem umzusetzen ist.
Dabei kann diese Aktionsplan 248 auch direkten Einfluss auf Fahrfunktionen wie ein ACC System 250 nehmen, sodass die aus dem Aktionsplan 248 erhaltenen Informationen auch bei der Steuerung dieses Systems berücksichtigt werden.
Wird nun eine Bremsanforderung oder Beschleunigungsanforderung ausgelöst 252, wird anhand des Aktionsplans ermittelt wie diese Anforderung umzusetzen ist. Dementsprechend wird dann eine optimierte Brems- beziehungsweise Beschleunigungsstrategie 254 angewendet, die Beispielsweise vorgibt, ob die Anforderung durch rekuperatives Bremsen 256, durch Betätigung der Reibungsbremse 258, durch aktive Bestromung des Antriebssystems zur Verzögerung des Fahrzeugs 260, oder durch Beschleunigung mittels des elektromotorischen Antriebs 262 umgesetzt werden soll. Die Brems- und Beschleunigungsstrategie kann dabei insbesondere auch beinhalten, dass gezielt elektrische Verbraucher zugeschaltet werden 264, um die Batterie so weit zu entladen, dass für eine nachfolgende Verzögerung des Fahrzeugs mittels rekuperativem Bremsen eine ausreichende Batteriekapazität zur Verfügung steht.
In Anlehnung an den zuvor beschriebenen Ablauf der Datenverarbeitung ist in 3 schließlich eine beispielhafte Systemarchitektur dargestellt, die zur Umsetzung des Verfahrens geeignet ist. Zur Ermittlung der zuvor beschriebenen Eingangssignale weist dabei die Systemarchitektur entsprechende Sensoren 300 auf. Die Ausgangssignale der Sensoren 300 werden dann einer zentralen Steuereinheit 302 bereitgestellt, die aus den empfangenen Signalen den Aktionsplan 248 ableitet. Ferner ist die zentrale Steuereinheit 302 dazu ausgebildet eine Brems- bzw. Beschleunigungsanforderung 252 zu erhalten. Ausgehend von der entsprechenden Umsetzung der Anforderungen gemäß dem Aktionsplan 248 ist die Steuereinheit 302 dabei mit weiteren Steuereinheiten der Reibungsbremse 306, des Batteriesystems 308, des elektromotorischen Antriebs zur rekuperativen Verzögerung 310 sowie des elektromotorischen Antriebs 312 so verbunden, dass sie die entsprechenden Steuereinheiten gemäß dem Aktionsplan 248 ansteuert.
Dabei kommuniziert die Steuereinheit 302 auch mit automatisierten Fahrfunktionen 250, sodass aus dem Aktionsplan abgeleitete Informationen auch diesen Fahrfunktionen bereitgestellt werden. Ferner kommuniziert die Steuereinheit 302 auch mit Kommunikationsschnittstellen mit anderen Fahrzeugen oder zentralen Servern zur Datenbereitstellung 304, sodass über diese Schnittstellen weitere Informationen bezogen werden können, die wiederum in die Ermittlung des Aktionsplans einfließen.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Längsdynamik eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Bremssystem mit Reibungsbremsen und ein Antriebssystem mit einem auf wenigstens ein Rad des Fahrzeugs wirkenden elektromotorischen Antrieb und einer Batterie zur Energieversorgung des elektromotorischen Antriebs aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: • Ermitteln von den Zustand des Fahrzeugs und/oder den Zustand des Bremssystems und/oder des Antriebssystems beschreibenden Zustandsinformationen (202, 210), • Ermitteln von den Streckenverlauf einer zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs beschreibenden Weginformationen (218), • Ermitteln eines Aktionsplans (248) für eine Umsetzung einer zukünftigen Bremsanforderung (252) durch die Reibungsbremsen und/oder den elektromotorischen Antrieb auf Grundlage der Zustandsinformationen (202, 210) und der Weginformationen (218), wobei der Aktionsplan (248) für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke vorgibt, ob eine Bremsanforderung des Fahrzeugs mittels der Reibungsbremse und/oder des Antriebssystems umgesetzt werden soll, und • Umsetzen einer in dem Fahrzeug ausgelösten Bremsanforderung (252) entsprechend dem Aktionsplan (248).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsinformationen (202, 210) zumindest eine der folgenden Größen beinhalten: • den Ladestatus der Batterie (238), • die Temperatur der Batterie (238), • die Temperatur des elektromotorischen Antriebs (214), • die Temperatur der Reibungsbremsen (212).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) vorgibt, ob bei einer Umsetzung der Bremsanforderung (252) durch das Antriebssystem das Antriebssystem zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt werden soll (260), oder über das Antriebssystem Energie in die Batterie rekuperiert werden soll (256).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Aktionsplans (248) das Ermitteln von aufgrund des Streckenverlaufs wahrscheinlich erforderlichen Bremsvorgängen für definierte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weginformationen (218) einen Kurvenverlauf der zukünftigen Fahrstrecke und/oder ein Höhenprofil (242) der Strecke zukünftigen Fahrstrecke beinhalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weginformationen (218) eine Verkehrslage (244) auf der zukünftigen Fahrstrecke beinhalten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Weginformationen (218) Informationen beinhalten, die mittelbar oder unmittelbar von anderen Fahrzeugen auf der zukünftigen Fahrstrecke des Fahrzeugs empfangen wurden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Zustandsinformation (202, 210) die Bestimmung einer aktuell durch die Reibungsbremsen umgesetzten Bremsleistung (226) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Zustandsinformationen (202, 210) das Auswerten von Betriebsparametern des Bremssystems und/oder des Antriebssystems während vorhergehender Bremsvorgänge (228) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem wenigstens zwei elektromotorische Antriebe aufweist, wobei die elektromotorischen Antriebe auf jeweils unterschiedliche Fahrzeugräder wirken.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe ein Antriebsmoment erzeugen soll (262), während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe Energie in die Batterie rekuperieren soll (256).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe ein Antriebsmoment erzeugen soll (262), während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt werden soll (260).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass ein erster der elektromotorischen Antriebe zur Verzögerung des Fahrzeugs aktiv bestromt (260) werden soll, während ein zweiter der elektromotorischen Antriebe Energie in die Batterie rekuperieren soll (256).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das Extrapolieren der Zustandsinformationen (202, 210) unter Berücksichtigen des Aktionsplans (248) und der Weginformationen (218) beinhaltet, wobei der Aktionsplan (248) für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke anhand der extrapolierten Zustandsinformationen präzisiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) für zukünftige Zeitpunkte und/oder Bereiche auf der Fahrstrecke vorgibt, ob eine Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs mittels des elektromotorischen Antriebs oder eines Verbrennungsantriebs des Fahrzeugs umgesetzt werden soll, wobei das Verfahren das Umsetzen einer in dem Fahrzeug ausgelösten Beschleunigungsanforderung entsprechend dem Aktionsplan aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktionsplan (248) für bestimmte Bereiche der zukünftigen Fahrstrecke und/oder zukünftige Zeitpunkte vorgibt, dass elektrische Verbraucher des Fahrzeugs zum Entladen der Batterie zugeschaltet werden (264).