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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung
einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs.
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In
Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, umfasst die Regelung
einer Fahrdynamik des Fahrzeugs zumindest die Regelung von Antriebseinheiten
und/oder Bremseinheiten. Für die Ausgestaltung der Antriebs-
und/oder Bremseinheiten gibt es jedoch viele Alternativen. Im Bereich
der Bremseinheiten stellen beispielsweise elektromechanische Bremsen
(EMB) eine mögliche Ausführungsform dar. Bei diesen,
auch als Brake-by-Wire bezeichneten, Bremseinheiten gibt es keine
konventionelle Bremshydraulik mehr. Der Fahrer betätigt
zwar wie gewohnt ein Bremspedal des Fahrzeugs, er tritt jedoch gegen
eine Feder bzw. eine von der Feder erzeugten Federkraft an, die
ihm das gewohnte Pedalgefühl lediglich simuliert. In einem
Rechnerverbund des Fahrzeugs wird hieraus, unter Berücksichtigung beispielsweise
der Anforderungen eines ABS- oder ESP-Sollwerts, eine Bremskraft
für jedes Rad des Fahrzeugs berechnet. An den einzelnen
Rädern wird eine Anpresskraft von Bremsbelägen
der Bremseinheiten an eine Bremsscheibe durch eine elektromechanische
Einheit, bestehend aus Elektromotor und Spindel, erzeugt.
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Ein
Problem bei der Serieneinführung von derartigen elektromechanischen
Bremsen sind die Kosten. Da laut Vorschrift Fremdkraftbremsanlagen mindestens
zweikreisig ausgeführt sein müssen und jeder der
zwei Bremskreise über einen eigenen Energiespeicher verfügen
muss, fallen in der Konsequenz Kosten für beispielsweise
zwei Batterien, deren Lade- und Überwachungseinheiten,
Kurzzeitstromspeicher (Kondensatoren) usw. an. Gleiches gilt z.
B. bei Nutzfahrzeugen mit Druckluftbremsen, welche bei Bussen z.
B. auch für den Schließmechanismus der Bustüren
benutzt werden. Da es für die Elemente der beiden Bremskreise
keine weitere Nutzung durch andere Einheiten im Fahrzeug gibt, werden
die von den Elementen erzeugten Kosten ausschließlich der Bremsanlage
des Fahrzeugs zugerechnet. Die Bremsanlage wird somit deutlich teurer
als eine konventionelle Bremsanlage.
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Im
Bereich der Antriebseinheiten ist eine Verwendung so genannter Radnabenmotoren
eine mögliche Antriebsalternative. Dabei verfügt
das Fahrzeug nicht über einen zentralen Antrieb, wie z.
B. eine Verbrennungskraftmaschine, die eine oder mehrere Achsen
antreibt. Vielmehr hat jedes Rad des. Fahrzeugs seine eigene Antriebseinheit,
die beispielsweise im Rad selbst angeordnet ist. Beispiele hierfür sind
der VW TwinDrive (Hinterachse) und ein Volvo Plug-in- Hybrid, der
auf der IAA 2007 gezeigt wurde. Weitere Beispiele für Radnabenmotoren
und deren Verwendung zum Antrieb eines Fahrzeugs zeigen die Firmen
Michelin (Active Wheel) und Siemens (eCorner).
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Bei
Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieben gibt es einen elektrischen
Energiespeicher in Form einer Fahrbatterie. Hinsichtlich einer Verwendung
als Energiespeicher für eine elektromechanische Bremse
verfügt die Fahrbatterie über mehrere günstige
Eigenschaften:
- 1. Im Gegensatz zu einer Batterie
für den Betrieb einer elektromechanischen Bremse ist die
Kapazität der Fahrbatterie deutlich größer.
Beim Betrieb einer elektromechanischen Bremseinheit mittels der
Fahrbatterie können somit die Anforderungen an Bremshäufigkeit
bzw. Bremsstärke sehr einfach erfüllt werden.
- 2. Zur Optimierung ihrer Lebensdauer werden Fahrbatterien zumeist
zwischen 20–30 bis 70–80% ihrer maximalen Kapazität
betrieben. Für einen Notfall stehen somit in der Regel
mindestens 20% der Maximalkapazität als Restkapazität zur
Verfügung. Diese Restkapazität reicht immer noch
aus, um den Betrieb einer elektromechanischen Bremseinheit mittels
der Fahrbatterie, auch im Notfall, zu gewährleisten.
- 3. Fahrbatterien sind in der Regel für eine Leistungsabgabe
in der Größenordnung von 50 kW dimensioniert.
Damit können Fahrbatterien selbst Spitzenanforderungen
an die Leistung einer elektromechanischen Bremseinheit, beispielsweise
1 kW pro Rad, erfüllen.
- 4. Fahrbatterien sind in der Regel in einer so genannten Hochvolt-Technik
ausgeführt. Dies ermöglicht, ein Teilbordnetz,
welches die elektromechanische Bremseinheit beinhaltet, mit einer
höheren Spannung, beispielsweise 42 V, auszuführen.
Dies hat den Vorteil, dass die Ströme bei gleicher Leistung
geringer und die Leistungshalbleiter im Umrichter kleiner und billiger
werden.
- 5. Die Fahrbatterie bzw. die Fahrbatterien besitzen von Haus
aus eine Überwachung des State-Of-Charge (SOC) und State-Of-Health
(SOH) und überwachen sich somit bereits selbst. Diese Informationen
stellen die Fahrbatterien beispielsweise auf einem Bussystem des
Fahrzeugs auch anderen Steuergeräten des Fahrzeugs zur
Verfügung.
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Die
aufgezählten Eigenschaften der Fahrbatterie decken die
Anforderungen an eine Energieversorgung einer elektromechanischen
Bremse, die diese ursprünglich verteuert haben. Es ist
also an der Zeit, unter diesen Umständen die Verwendung
von beispielsweise elektromechanischen Bremseinheiten als Bremsanlage
für reine Elektro- und Hybridfahrzeuge neu zu überdenken.
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Im
Bereich der Fahrantriebe eines Elektrofahrzeugs können
beispielsweise die bereits erwähnten Radnabenmotoren derart
ausgeführt werden, dass sie das Fahrzeug nicht nur antreiben,
sondern auch Bewegungsenergie des Fahrzeugs wieder zurück
in elektrische Energie wandeln können. Dies wird als Rekuperation
bezeichnet. Man versucht dabei, durch so genanntes Brake-Blending,
die Rekuperation möglichst umfassend zu nutzen und die
mechanischen Reibungsbremsen nur spärlich einzusetzen,
z. B. erst kurz vor Stillstand. Die Fahrantriebe können
somit zusätzlich als Bremseinheiten verwendet werden.
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Die
DE 603 03 264 T2 offenbart
eine Fahrzeugbremsvorrichtung. Die Fahrzeugbremsvorrichtung umfasst
dabei eine Hydraulikbremsvorrichtung, die eine erste Hydraulikbremskraft
auf wenigstens ein erstes Rad ausübt und einem ersten Bremssystem
unterworfen ist. Weiterhin umfasst die Fahrzeugbremsvorrichtung
eine Elektrobremsvorrichtung, die eine erste Elektrobremskraft auf
wenigstens ein zweites Rad ausübt und die einem zweiten
Bremssystem unterworfen ist. Weiterhin umfasst die Fahrzeugbremsvorrichtung
eine Rückgewinnungsbremsvorrichtung, die eine erste Rückgewinnungsbremskraft
auf das erste oder das zweite Rad ausübt, wobei eine Rückgewinnungsenergiezufuhrbahn
die von der Rückgewinnungsbremsvorrichtung zurückgewonnene
Energie der Elektrobremsvorrichtung zuführt. Weiterhin
wird offenbart, dass die Rückgewinnungsbremse auch selektiv
als Elektromotor betrieben werden kann. Die Druckschrift offenbart
jedoch keine Aufteilung der Fahrzeugbremsvorrichtung in mehrere Brems-
und Antriebskreise, die eine Redundanz, insbesondere beim Bremsen,
gewährleisten.
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Die
DE 603 04 553 T2 offenbart
ein Fahrzeugbremssystem mit einer ersten Regenerativbremseinheit,
einer zweiten Reibungsbremseinheit und einer Steuerung. Die Steuerung
steuert den Grad an regenerativer Bremswirkung der Regenerativbremseinheit
und den Grad an Reibungsbremswirkung der Reibungsbremseinheit. Dabei
wird die regenerative Bremswirkung an einem ersten Räderpaar und
die Reibungsbremswirkung an dem ersten Räderpaar und an
einem zweiten Räderpaar angelegt, wobei eine gewünschte
Bremsmomentverteilung zwischen dem ersten Räderpaar und
dem zweiten Räderpaar erzielt wird.
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Die
DE 102 02 531 A1 offenbart
ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes eines Fahrzeuges,
wobei der Hybridantrieb als Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine
und wenigstens eine elektrische Maschine umfasst und die Abtriebswellen
der Antriebsmaschinen mit einem Antriebsstrang des Fahrzeug wirkverbindbar
sind. Eine negative Momentenanforderung (Bremsen) an den Antriebsstrang
des Fahrzeugs erfolgt mittels einer kennfeldbasierten Ansteuerung
der wenigstens einen elektrischen Maschine. Dabei wird auch offenbart, dass
die elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben werden kann
und dabei zum Bereitstellen einer Bordnetzspannung und dem Aufladen
der Kraftfahrzeugbatterie dienen kann.
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In
der
US 2005/0151420
A1 wird ein Verfahren zum Bremsen eines Antriebsstranges
eines Fahrzeugs offenbart. Der Antriebsstrang umfasst eine erste
Antriebsachse, welche ausschließlich elektrisch angetrieben
wird und ausschließlich elektrische, regenerative Bremsen
umfasst. Das Fahrzeug weist außerdem eine zweite Antriebsachse
auf, die von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird und
ausschließlich Reibungsbremsen aufweist. Das Verfahren überwacht
eine freie Restkapazität für einen regenerativen
Bremsvorgang und baut Energie durch einen thermischen Widerstand
ab, um mehr freie Restkapazität für einen regenerativen Bremsvorgang
freizumachen. Weiterhin bremst das Verfahren die erste Antriebsachse
regenerativ bis zu einem ersten Level. Weiterhin bremst das Verfahren die
zweite Antriebsachse reibungsmäßig, wenn die Bremsanforderung
des Fahrzeugs größer ist als das erste Level.
Zusätzlich bremst das Verfahren die zweite Antriebsachse
durch ein Motorbremsen mittels der Verbrennungskraftmaschine bis
und über den ersten Level. Dabei wird auch offenbart, dass
die Reibungsbremsen als hydraulische oder elektrische Reibungsbremsen
ausgeführt sein können. Die Reibungsbremsen sind
dabei an den Vorderrädern angeordnet. Die elektrischen,
regenerativen Bremsen sind an der Hinterachse angeordnet.
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Keine
der vorhergehend genannten Druckschriften offenbart dabei ein Verfahren
und/oder eine Vorrichtung zur Regelung einer Fahrdynamik, welche unter
Verwendung von Radantrieben und Reibungsbremsen eine Redundanz beim
Antreiben und Bremsen des Fahrzeugs gewährleistet.
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Es
stellt sich daher das technische Problem, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs zu schaffen,
welches einen Antrieb und ein Bremsen des Fahrzeugs mittels Reibungsbremsen
und Radantrieben schafft, wobei eine Redundanz beim Antreiben und
Bremsen des Fahrzeugs gewährleistet ist und durch die Verwendung
vorhandener Bauteile des Fahrzeugs eine Einsparung von Kosten und
Bauraum erfolgt.
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Die
Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Merkmalen
der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu
umfasst die Vorrichtung bzw. das Verfahren zur Regelung der Fahrdynamik
eines Fahrzeugs eine Vorderachse mit linkem Vorderrad mit Reibungsbremse
und rechtem Vorderrad mit Reibungsbremse, mindestens eine Hinterachse
mit linkem Hinterrad mit Radantrieb und rechtem Hinterrad mit Radantrieb,
wobei beide Radantriebe das Fahrzeug antreiben oder regenerativ
bremsen können, ein Steuergerät der Fahrdynamik,
das die Fahrdynamik des Fahrzeugs durch Ansteuerung der Räder
regelt und mindestens eine Batterie zur Versorgung und zur Aufnahme
von regenerativer Energie der Radantriebe, wobei die Räder
auf einen ersten Regelkreis und einen zweiten Regelkreis aufgeteilt
sind, wobei der erste und der zweite Regelkreis jeweils ein rechtes
und ein linkes Rad umfassen.
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Hierdurch
ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Aufteilung der Regelung
der Fahrdynamik auf zwei Regelkreise, die getrennt voneinander Radantriebe
und Reibungsbremsen regeln können. Somit wird ermöglicht,
dass bei einem Ausfall von Radantrieben und/oder Reibungsbremsen
die Fahrdynamik zumindest teilweise weiterhin geregelt werden kann. Dabei
kann die Regelung für den ersten Radantrieb als ein erster
Regelzweig, für den zweiten Radantrieb als ein zweiter
Regelzweig, für die erste Reibungsbremse als ein dritter
Regelzweig und für die zweite Reibungsbremse als ein vierter
Regelzweig betrachtet werden.
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Die
Aufteilung in Regelzweige erlaubt in vorteilhafter Weise, dass jeder
Radantrieb und jede Reibungsbremse gezielt geregelt wird. Auch erlaubt
die Aufteilung in Regelzweige in vorteilhafter Weise, dass beispielsweise
defekte Radantriebe und Reibungsbremsen abgeschaltet werden können.
Bei der Deaktivierung oder Abschaltung eines einzelnen Regelzweiges
muss jedoch nicht der gesamte Regelkreis deaktiviert oder abgeschaltet
werden. Erzeugt beispielsweise ein Radantrieb ein zu hohes Antriebsmoment,
so kann die Energiezufuhr dieses Radantriebs über den Regelzweig
des Radantriebs abgeschaltet werden. Der weitere Regelzweig des
Regelkreises, der den abgeschalteten Regelzweig des Radantriebs
umfasst, muss jedoch nicht deaktiviert werden, womit der in dem
weiteren Regelzweig geregelte Radantrieb bzw. die Reibungsbremse
weiter geregelt werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Fahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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Das
Steuergerät der Fahrdynamik übernimmt bei der
Regelung der Fahrdynamik mehrere Aufgaben, die bisher durch mehrere
Steuergeräte, beispielsweise das Bremsen-, Motor- und Getriebe-Steuergerät,
erfüllt wurden. U. a. ermittelt das Steuergerät
der Fahrdynamik eine Referenzgeschwindigkeit aus mindestens einer
Raddrehzahl mindestens eines Rades. Zusätzlich ermittelt
das Steuergerät der Fahrdynamik eine Geschwindigkeit und
einen Fahrzustand des Fahrzeugs. Weiterhin dient das Steuergerät
der Fahrdynamik zum Einlesen eines Tasters für die Feststellbremse.
Auch liest das Steuergerät der Fahrdynamik externe Anforderungen an
die Reibungsbremsen und die Radantriebe, beispielsweise aus einer
adaptiven Abstandsregelung (ACC), und einen Lenkradwinkel ein. Das
Steuergerät der Fahrdynamik beurteilt weiterhin den fahrdynamischen
Zustand des Fahrzeugs, beispielsweise die Notwendigkeit eines ABS-
oder ESP-Eingriffs. Weiterhin ermittelt das Steuergerät
der Fahrdynamik Drehmoment-Sollwerte für mindestens ein,
vorzugsweise jedoch alle vier, Räder, wobei für
die Vorderräder nur Bremsmoment-Sollwerte, für
die Hinterräder jedoch Brems- und Antriebsmoment-Sollwerte
bestimmt werden. Die Ermittlung kann dabei verschiedene Funktionen
des Fahrzeugs berücksichtigen, beispielsweise eine Rekuperation
bei einem Elektrofahrzeug, ABS, ESP, Differenzialsperre, Torque-Vectoring
usw. Weiterhin sendet das Steuergerät der Fahrdynamik die
Drehmoment-Sollwerte und ermittelte Referenzgeschwindigkeiten der
Räder mittels des Datenkommunikationssystems an die Reibungsbremsen
bzw. die Radantriebe. Dabei ist vorstellbar, dass für eine
optimale Schlupfregelung bei einem ABS-Eingriff drei Referenzgeschwindigkeiten
ermittelt werden, eine erste Referenzgeschwindigkeit für die
linke Fahrzeugseite, eine zweite Referenzgeschwindigkeit für
die Fahrzeugmitte und eine dritte Referenzgeschwindigkeit für
die rechte Fahrzeugseite. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass sich die drei Referenzgeschwindigkeiten um einen Faktor unterscheiden,
der sich aus einer Multiplikation einer Giergeschwindigkeit des
Fahrzeugs mit einer halben Spurweite des Fahrzeugs ergibt. Das Steuergerät der
Fahrdynamik übernimmt auch die Kommunikation zu weiteren
Steuerungseinheiten des Fahrzeugs, z. B. via CAN-Antrieb. Auch ist
vorstellbar, dass das Steuergerät des Fahrantriebs weitere
komplexe fahrdynamische Regler enthält und weitere Aktoren
ansteuert, z. B. zum Ausführen eines Nick- und/oder Wankausgleichs,
zum Ausführen einer Überlagerungslenkung, zum
Ausführen einer Hinterradlenkung usw. Somit ist das offenbarte
Steuergerät der Fahrdynamik ein zentrales fahrdynamisches
Steuergerät des Fahrzeugs.
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Eine
Datenkommunikation des Steuergeräts der Fahrdynamik mit
den Radantrieben und den Reibungsbremsen erfolgt dabei über
ein Datenkommunikationssystem. Vorzugsweise ist das Datenkommunikationssystem
in zwei Datenbusse aufgeteilt, wobei jeweils einer der Regelkreise
Daten über einen der beiden Datenbusse austauscht. Die
Datenbusse können als CAN-Bus oder bevorzugt als zeitgesteuertes
Bussystem, z. B. Flex-Ray oder TTP- Bussystem, ausgeführt
sein.
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Eine
weitere zentrale Funktion des Steuergeräts der Fahrdynamik
ist die Funktion als Gateway zwischen den beiden Datenbussen, die
jeweils für den Datenaustausch im ersten bzw. zweiten Regelkreis
dienen.
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In
einer weiteren bevozugten Ausführungsform umfasst der erste
Regelkreis das rechte Vorderrad und das linke Hinterrad und der
zweite Regelkreis das linke Vorderrad und das rechte Hinterrad.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Diagonalaufteilung
der Regelung der Fahrdynamik bzw. des Bremskonzepts. Der erste Regelkreis
und der zweite Regelkreis sind redundant und beinhalten jeweils:
- 1. Eine Vorderradbremse als Reibungsbremse, wobei
die Reibungsbremse bevorzugt als elektromechanische Bremse ausgeführt
ist. Bevorzugt haben die Reibungsbremsen des ersten und des zweiten
Bremskreises jeweils eine Feststellbremsfunktion.
- 2. Einen Radantrieb, vorzugsweise einen Radnabenantrieb, der
ein Antreiben und ein regeneratives Bremsen eines Rades erlaubt.
- 3. Eine Batterie zur Aufnahme der elektrischen Energie, die
während des regenerativen Bremsens erzeugt wird.
- 4. Ein gemeinsames Steuergerät der Fahrdynamik für
beide Regel- bzw. Bremskreise, welches im ersten Bremskreis den
ersten Radantrieb und die zweite Reibungsbremse und im zweiten Bremskreis
den zweiten Radantrieb und die erste Reibungsbremse regelt.
- 5. Ein Pedal-Steuergerät zum Einlesen der Wege des
Brems- und Gaspedals.
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Durch
die Diagonalaufteilung in den ersten Regelkreis (Reibungsbremse
am rechten Vorderrad und regenerative Bremse am linken Hinterrad)
und in den zweiten Regelkreis (Reibungsbremse am linken Vorderrad
und regenerative Bremse am rechten Hinterrad) wird, insbesondere
für kleine Fahrzeuge und begrenzte Höchstgeschwindigkeiten,
die Ausführung eines Fahrzeugs mit nur zwei Radantrieben
und nur zwei Reibungsbremsen ermöglicht. Dabei ist jedoch sichergestellt,
dass erforderliche Bremsleistungen durch die Regelung der Fahrdynamik
erfüllt werden können. Hierbei ist zu beachten,
dass geringere Fahrzeuggewichte sowie geringere Geschwindigkeiten
zu kleineren erforderlichen Bremsleistungen führen. Bei
einem Fahrzeug mit beispielsweise 1,5 t Gewicht, einer Geschwindigkeit
von 200 km/h, einem Bremsvorgang mit einer Bremsbeschleunigung von 10
m/s2 und 80% des Gewichts auf der Vorderachse ergibt
sich eine erforderliche Bremsleistung von 333 kW pro Vorderrad.
Dies macht den Einsatz von Reibungsbremsen an den Vorderrädern
zwingend erforderlich. Unter den gleichen Bedingungen beträgt
die erforderliche Bremsleistung an der Hinterachse pro Rad jedoch
nur 83 kW. Hierdurch ist ein Ersetzen der Reibungsbremse durch einen
regenrativ bremsenden Radantrieb an der Hinterachse grundsätzlich möglich,
zumindest bei kleinen bis mittleren Fahrzeuggewichten.
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In
einer alternativen Ausführungsform umfasst der erste Regelkreis
das linke Hinterrad und das rechte Hinterrad und der zweite Regelkreis
das linke Vorderrad und das rechte Vorderrad. Hierdurch ergibt sich
in vorteilhafter Weise, dass jeder Regelkreis nur Radantriebe oder
Reibungsbremsen regelt, die unter gleichen Betriebsbedingungen,
z. B. auf dem gleichen Spannungsniveau, betrieben werden. In einer Ausführungsform
können z. B. die Reibungsbremsen an der Vorderachse mit
einer Betriebsspannung von 12 V oder 42 Volt und die Radantriebe
an der Hinterachse mit einer Betriebsspannung größer
als 100 V betrieben werden, wobei Reibungsbremsen und Radantriebe
jeweils in getrennten Regelkreisen geregelt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Reibungsbremsen
von je einem Steuergerät und je einem Umrichter geregelt
und/oder die Radantriebe von je einem Steuergerät und je
einem Umrichter geregelt. Das Steuergerät des ersten Radantriebs übernimmt
dabei beispielsweise den Drehmoment-Sollwert, der vom Steuergerät
der Fahrdynamik über das Datenkommunikationssystem gesendet wird.
Positive Drehmoment-Sollwerte erzeugen dabei ein Drehmoment, welches
zu einer Beschleunigung in Vorwärtsrichtung führt
(also antreiben bei Vorwärtsfahrt, abbremsen bei Rückwärtsfahrt).
Negative Drehmoment-Sollwerte erzeugen ein Drehmoment, welches zu
einer Beschleunigung in Rückwärtsrichtung führt
(also abbremsen bei Vorwärtsfahrt, antreiben bei Rückwärtsfahrt).
Das Steuergerät des ersten Radantriebes leitet dabei auch
eine Drehzahl und eine Drehrichtung des linken Hinterrades ab, beispielsweise über
eine Kommutierung von Antriebsmotoren des ersten Radantriebes. Diese
sendet das Steuergerät des ersten Radantriebes über das
Datenkommunikationssystem beispielsweise an das Steuergerät
der Fahrdynamik. Das Steuergerät des zweiten Radantriebes
funktioniert in analoger Weise.
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Das
Steuergerät der ersten Reibungsbremse reagiert bei Vorwärtsfahrt
nur auf negative und bei Rückwärtsfahrt nur auf
positive Drehmoment-Sollwerte, da die Reibungsbremse nur verringernd
auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit wirken kann. In einem ungebremsten
Zustand wird beispielsweise ein Elektromotor der Reibungsbremse
derart bestromt, dass die Reibungsbremse weitestmöglich
geöffnet ist. Dabei kann beispielsweise ein Luftspiel der
elektromechanischen Bremse aktiv geregelt werden. Zudem liest das
Steuergerät der ersten Reibungsbremse die Drehzahl, beispielsweise
mittels eines Drehzahlsensors des linken Vorderrads, ein und wertet
dessen Impulse aus (gegebenenfalls über eine Drehrichtungserkennung).
Bei einer elektromechanischen Bremse wird vom Steuergerät
der ersten Reibungsbremse zusätzlich eine Feststellbremse
am linken Vorderrad angesteuert.
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Das
Steuergerät der zweiten Reibungsbremse funktioniert dabei
in analoger Weise.
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Die
Steuergeräte der ersten Reibungsbremse, der zweiten Reibungsbremse,
des ersten Radantriebs und des zweiten Radantriebs senden eine Ist-Drehzahl
des jeweiligen Rades mittels des Datenkommunikationssystems beispielsweise
an das Steuergerät der Fahrdynamik. Zusätzlich
sind die Steuergeräte in der Lage, mit Hilfe einer von
dem Steuergerät der Fahrdynamik übertragenen Referenzgeschwindigkeit,
einer Ist-Drehzahl und dem Radantrieb bzw. der Reibungsbremse eine
Schlupfregelung des jeweiligen Rades durchzuführen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfasst mindestens
ein erster Pedalsensor ein Signal des Bremspedals und mindestens
ein zweiter Pedalsensor ein Signal des Fahrpedals, die in einem Steuergerät
verarbeitet und zur Regelung des ersten Regelkreises verwendet werden.
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Dabei
ist vorstellbar, dass die Position des Gaspedals über einen
Positionssensor der Gaspedalposition und die Position des Bremspedals über einen
Positionssensor der Bremspedalposition erfasst wird. Die derart
erfassten Positionssignale werden dann mittels des Datenkommunikationssystems an
das Steuergerät der Fahrdynamik gesendet und zur Regelung
eines oder beider Bremskreise verwendet.
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Alternativ
ist vorstellbar, dass die Position des Gaspedals von einem ersten
Positionssensor und einem zweiten Positionssensor erfasst wird,
wobei das Positionssignal des ersten Positionssensors zur Regelung
des ersten Bremskreises und das Positionssignal des zweiten Positionssensors
zur Regelung des zweiten Bremskreises verwendet wird. In gleicher
Weise ist die Verwendung von zwei Positionssensoren für
das Gaspedal vorstellbar.
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Vorzugsweise
wird jedoch die Position des Gaspedals von vier Positionssensoren
erfasst, von denen jeweils zwei Positionssensoren zur Regelung des
ersten Bremskreises und zwei Positionssensoren zur Regelung des
zweiten Bremskreises verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich
um zwei redundante Positionssensoren, wobei die zwei redundanten
Positionssensoren in einem Gehäuse mechanisch zusammengefasst,
elektrisch jedoch doppelt vorhanden sind. Bevorzugt steigt bei einem
der beiden redundanten Positionssensoren das Sensorsignal mit zunehmendem
Pedalweg an, während das Sensorsignal des anderen redundanten
Positionssensors abfällt. Für die Erfassung der
Bremspedalposition ist eine analoge Ausführung selbstverständlich
ebenfalls vorstellbar. Dabei ist es möglich, auch mehrere
Steuergeräte für die Pedalsensoren vorzusehen.
Dabei ist vorstellbar, dass jedes Steuergerät mehrere Positionssignale
verarbeitet oder für jedes Positionssignal ein Steuergerät
zur Verarbeitung vorgesehen ist.
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Im
Steuergerät des Pedalsensors bzw. der Pedalsensoren werden
die Positionssignale beispielsweise gefiltert, aufbereitet und/oder
von analog nach digital gewandelt. Auch ist vorstellbar, dass das Steuergerät
der Pedalsensoren eine Fehlererkennung des Positionssignals durchführt.
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Im
Falle von zwei Positionssignalen pro Bremskreis kann aus beispielsweise
den zwei Positionssignalen, die zur Regelung des ersten Bremskreises
verwendet werden, und aus den beiden Positionssignalen, die zur
Regelung des zweiten Bremskreises verwendet werden, die Korrektheit
der vier einzelnen Positionssignale überprüft
werden. Dabei werden die Positionssignale der vier Positionssensoren
beispielsweise über das Datenkommunikationssystem und das
Steuergerät der Fahrdynamik ausgetauscht und an das Steuergerät
der Pedalsensoren gesendet. Weiterhin kann das Steuergerät
der Pedalsensoren aus den vier Positionssignalen, beispielsweise
durch eine 3-aus-4-Entscheidung, einen Sollwert für eine
Beschleunigung oder das Gesamtdrehmoment des Fahrzeugs ermitteln
und sendet diese über das Datenkommunikationssystem. Weiterhin kann
das Steuergerät der Pedalsensoren auch Signale zur Ansteuerung
eines Bremslichts erzeugen (BLS-, BTS-Signale).
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Es
ist auch vorstellbar, dass alternativ oder kumulativ die Betätigung
des Gaspedals und/oder des Bremspedals über Winkel- oder
Kraftsensoren erfasst wird. Die Ausführungen zur Verarbeitung
der Positionssignale gelten dabei in analoger Weise auch für
die Verarbeitung von Winkel- oder Kraftsignalen.
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Es
ist jedoch auch denkbar, die Pedalsensoren direkt mit dem Steuergerät
für die Fahrdynamik zu verbinden. In diesem Fall kann das
Pedal-Steuergeräte bzw. die Pedal-Steuergeräte
entfallen. Bei Betätigen des Brems- und oder Gaspedals
ist es auch möglich, dass mindestens ein Pedalmodul eine
Gegenkraft des Pedals erzeugt. Das Pedalmodul ermöglicht
in vorteilhafter Weise, dass bei einer Betätigung des Brems-
und/oder des Gaspedals durch beispielsweise eine nichtlineare Feder
und gegebenenfalls eines zusätzlichen Dämpfers
eine Gegenkraft erzeugt wird, die dem üblichen Pedalgefühl
entspricht.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird Energie zum Betrieb
der ersten und/oder der zweiten Reibungsbremse aus der Batterie
zur Aufnahme von regenerativer Bremsenergie entnommen. Dies ermöglicht
in vorteilhafter Weise, dass für den Betrieb der Reibungsbremsen
eine der beiden vorgeschriebenen Energiespeicher in einem Bremskreis
eingespart werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Radantriebe
Radnabenantriebe und/oder die Reibungsbremsen elektromechanische Reibungsbremsen.
Die elektromechanische Reibungsbremse kann dabei beispielsweise
als Elektromotor mit Spindel oder als Keilbremse mit Selbstverstärkung
ausgebildet sein. Grundsätzlich ist auch eine hydraulische
Bremse, wobei eine Pumpe der hydraulischen Bremse elektrisch betrieben
wird, oder ein elektromechanischer Bremskraftverstärker
denkbar. Die Reibungsbremse, die an einem Vorderrad angeordnet ist,
benötigt dabei einen Mechanismus für die Feststellbremse,
da eine Feststellbremsfunktion durch die Radnabenmotoren, die an
den Hinterrädern angeordnet sind, nicht gewährleistet
ist. Die Feststellbremse kann beispielsweise durch einen Verriegelungsstift
innerhalb der elektromechanischen Bremse oder durch eine elektrische
Parkbremse erfolgen.
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Da
das Fahrzeug bevorzugt mit Rekuperation, also durch regeneratives
Bremsen der Radantriebe, bremst, wird der Bremsvorgang in der Regel
nur an der Hinterachse stattfinden. Damit kann die Reibungsbremse
bzw. die Reibungsbremsen an den Vorderrädern geringer dimensioniert
werden, insbesondere die Bremsscheibe in ihrer Materialstärke. Der
Radnabenmotor bietet den angenehmen Nebeneffekt, dass an der Hinterachse
auf den Einsatz von Raddrehzahlsensoren, beispielsweise für
ABS- und/oder ESP-Eingriffe, verzichtet werden kann. Die Informationen
zur Raddrehzahl werden dabei durch einen Umrichter des Radnabenmotors
bereitgestellt, da diese Information zu einer Kommutierung des Radnabenmotors
benötigt wird. Vorzugsweise wird das Winkelsignal zur Kommentierung
der Radantriebe im Umrichter oder Steuergerät zeitlich
abgeleitet und über den Datenbus an das Steuergerät
der Fahrdynamik gesendet.
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Ist
das Fahrzeug ein Elektro- und oder Hybridfahrzeug, so ist vorstellbar,
dass die mindestens eine Batterie zur Aufnahme von regenerativer
Bremsenergie eine Fahrbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs
ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die eingangs
genannten Eigenschaften der Fahrbatterie auch zum Betrieb der Reibungsbremsen,
insbesondere von elektromechanischen Bremsen, genutzt werden können.
Insbesondere ermöglicht dies, separate Energieeinheiten
zur Energieversorgung der elektromechanischen Bremsen einzusparen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Regelkreis
eine erste Batterie und der zweite Regelkreis eine zweite Batterie,
wobei die erste Batterie und/oder die zweite Batterie regenerative Bremsenergie
des ersten und/oder des zweiten Radantriebs aufnimmt und/oder Energie
für die erste und/oder zweite Reibungsbremse zur Verfügung stellt.
In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass pro Regelkreis
jeweils mindestens eine Batterie zur Energieversorgung des Regelkreises
vorgesehen ist. Diese Batterien dienen zur Aufnahme von regenerativer
Bremsenergie aus den Radantrieben des ersten bzw. des zweiten Regelkreises
und stellen gleichzeitig Energie für die Reibungsbremsen
des ersten und/oder zweiten Regelkreises zur Verfügung
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Die
Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer
Fahrdynamik mit Diagonalteilung und
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2 ein
schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer
Fahrdynamik mit Achsteilung.
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Für
das erste Ausführungsbeispiels ist in 1 eine
Vorrichtung 1 zur Regelung einer Fahrdynamik eines nicht
dargestellten Fahrzeugs dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst
einen ersten Regelkreis 100 und einen zweiten Regelkreis 200,
die im ersten Ausführungsbeispiels auch als erster Bremskreis
bzw. zweiter Bremskreis bezeichnet werden. Der erste Bremskreis 100 ist
dabei hell dargestellt, der zweite Bremskreis 200 ist dunkel
dargestellt.
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Der
erste Bremskreis 100 besteht aus einem Pfad 101 zur
Energieübertragung und einem Pfad 102 zur Datenübertragung.
Der Pfad 102 zur Datenübertragung kann dabei beispielsweise
Teil eines Bussystems des Fahrzeugs sein. Beide Pfade 101, 102 verbinden folgend
aufgeführte Bestandteile des ersten Bremskreises 100:
ein rechtes Vorderrad 110, ein linkes Hinterrad 120,
eine erste Batterie 130 und ein Pedalsteuergerät 140.
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Das
rechte Vorderrad 110 umfasst dabei eine Schnittstelle 111 zur
Energie- und/oder Datenübertragung, eine Steuerungseinheit 112,
eine Umrichtereinheit 113 und eine elektromechanische Bremse 114.
Ferner ist ein Sensor 115 zur Erfassung der Raddrehzahl
vorgesehen, wobei die Signale des Sensors 115 über
die Schnittstelle 111 des rechten Vorderrads 110 übertragen
werden. Der Sensor 115 kann beispielsweise ein Drehzahlsensor
zur Erfassung der Radgeschwindigkeit sein, der auch für
eine ABS-Funktion des Fahrzeugs verwendet wird. Die Steuerungseinheit 112 steuert über
den Umrichter 113 die elektromechanische Bremse 114 auf
Basis der über den Pfad 102 zur Datenübertragung übertragenen
Daten. Die Energie zum Betrieb der elektromechanischen Bremse 114 stammt
aus dem Pfad 101 zur Energieübertragung.
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Die
erste Batterie 130 umfasst dabei eine Schnittstelle 131 zur
Daten- und Energieübertragung. Die Schnittstelle 131 kann
dabei alse eine gemeinsame Schnittstelle für die Daten-
und Energieübertragung ausgebildet sein, sie kann aber
auch eine Schnittstelle zur Datenübertragung und eine Schnittstelle
zur Energieübertragung umfassen. Weiterhin umfasst die
erste Batterie 130 einen Akkumulator 132 zur Speicherung
von elektrischer Energie. Der Akkumulator 132 wird dabei
von einer Überwachungseinheit 133 überwacht.
Die Überwachungseinheit 133 überwacht
dabei den State-Of-Charge (SOC) und den State-Of-Health (SOH) und
stellt Informationen zum SOC bzw. zum SOH über die Schnittstelle 131 den
weiteren Bestandteilen des ersten Bremskreises 100 zur
Verfügung.
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Das
Pedalsteuergerät 140 umfasst eine Schnittstelle 141 zur
Daten- und Energieübertragung. Weiterhin umfasst das Pedalsteuergerät 140 eine
Einheit 142 zur Signalverarbeitung. Über Schnittstellen 143, 243 zur
Signalübertragung ist das Pedalsteuergerät 140 mit
einem ersten Bremspedalsensor 144 und einem ersten Gaspedalsensor 145 verbunden.
Der erste Bremspedalsensor 144 erfasst die Position eines
Bremspedals 300. Das Bremspedal 300 wird dabei
von einem Fahrzeugführer betätigt. Ein Pedalmodul 301 des
Bremspedals 300 erzeugt beim Betätigen eine Gegenkraft,
die eine dem heute üblichen Pedalgefühl entsprechende
Gegenkraft simuliert. Der erste Gaspedalsensor 145 erfasst die
Position eines Gaspedals 400, welches ebenfalls vom Fahrzeugführer
betätigt wird. Auch das Gaspedal 400 wird über
ein Pedalmodul 401 beim Betätigen mit einer Gegenkraft
beaufschlagt, um eine übliche Gegenkraft zu simulieren. Über
die Schnittstelle 141 ist das Pedalsteuergerät 140 weiterhin
mit Bremslichtschaltern 146, 246 verbunden. Über
die Bremslichtschalter 146, 246 werden beispielsweise
Bremslichtleuchten dann aktiviert, wenn der Fahrzeugführer das
Bremspedal 300 betätigt.
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Das
linke Hinterrad 120 umfasst eine Schnittstelle 121 zur
Daten- und Signalübertragung, eine Steuerungseinheit 122,
einen Umrichter 123 und einen Radnabenantrieb 124.
Die Steuerungseinheit 122 steuert dabei den Radnabenantrieb 124 auf
Basis von Signalen, die über den Pfad 102 zur
Signalübertragung des ersten Bremskreises 100 übertragen werden.
Die Energie zum Betrieb des ersten Radnabenantriebs 124 wird
der ersten Batterie 130 entnommen. Im motorischen Betrieb
wird dem Akkumulator 132 Energie entnommen, in einem regeneratorischen
Betrieb speist der Radnabenantrieb Energie über den Pfad 101 zur
Energieübertragung in den Akkumulator 132 ein.
Im regenerativen Betrieb bremst der erste Radnabenantrieb 124 das
linke Hinterrad 120 des Fahrzeugs.
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Der
zweite Bremskreis 200 ist in gleicher Weise aufgebaut.
Ein Pfad 201 zur Energieübertragung und ein Pfad 202 zur
Datenübertragung verbinden dabei ein linkes Vorderrad 210,
ein rechtes Hinterrad 220, eine zweite Batterie 230 und
das Pedalsteuergerät 140.
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Das
linke Vorderrad 210 umfasst eine Schnittstelle 211,
ein Steuergerät 212, einen Umrichter 213 und
eine elektromechanische Bremse 214. Ebenfalls ist ein Sensor 215 vorgesehen,
der beispielsweise die Drehzahl des linken Vorderrads 210 erfasst.
Das rechte Hinterrad 220 umfasst eine Schnittstelle 221,
ein Steuergerät 222, einen Umrichter 223 und
einen Radnabenantrieb 224.
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Die
zweite Batterie 230 umfasst eine Schnittstelle 231,
einen Akkumulator 232 und eine Überwachungseinheit 233.
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Dabei
gleicht der Aufbau und die Funktionsweise des linken Vorderrads 210,
des rechten Hinterrads 220 und der zweiten Batterie 230 dem
rechten Vorderrad 110, dem linken Hinterrad 120 und
der ersten Batterie 130. Der Pfad 201 zur Energieübertragung
und der Pfad 202 zur Signalübertragung ist mit dem
Pedalsteuergerät 140 über die Schnittstelle 241 verbunden.
Das Pedalsteuergerät 140 umfasst weiterhin eine
zweite Signalverarbeitungseinheit 242, die in gleicher
Weise wie die erste Signalverarbeitungseinheit 142 Positionssignale
eines zweiten Bremspedalsensors 244 und eines zweiten Gaspedalsensors 245 verarbeitet.
Ebenfalls tauscht die zweite Signalverarbeitungseinheit 242 Positionssignale
mit der ersten Signalverarbeitungseinheit 142 aus. Durch
die Erfassung der Bremspedalposition bzw. der Gaspedalposition durch
jeweils zwei Positionssensoren 144, 145, 244, 245,
die jeweils verschiedenen Signalverarbeitungseinheiten 142, 242 zugeführt
werden, wird eine Redundanz bei der Erfassung der Bremspedalposition
bzw. der Gaspedalposition gewährleistet.
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Die
Pfade 102, 202 zur Datenübertragung beider
Bremskreise 100, 200 verbinden die angeführten
Bestandteile beider Bremskreise 100, 200 zusätzlich
mit einem Steuergerät 500 der Fahrdynamik des
Fahrzeugs. Das Steuergerät 500 umfasst dabei eine
Schnittstelle 501, eine Gateway-Einheit 502 und eine
Signalverarbeitungseinheit 503. Die Schnittstelle 501 dient
dabei zur Daten- und Energieübertragung. Die Gateway-Einheit 502 dient
der Datenübertragung zwischen dem ersten Bremskreis 100 und dem
zweiten Bremskreis 200. Die Signalverarbeitungseinheit 503 beurteilt
und regelt die Fahrdynamik des Fahrzeugs auf Basis der über
die Pfade 102, 202 zur Datenübertragung übertragenen
Daten, insbesondere der Sollwerte des Pedalsteuergeräts 140. Insbesondere
regelt die Signalverarbeitungseinheit 503 die Bremskraft
der elektromechanischen Bremse 114, 214 sowie
die Drehzahlen bzw. die Drehmomente der Radnabenantriebe 124, 224.
Hierzu kommuniziert sie mittels der Pfade 102, 202 zur
Datenübertragung und den Schnittstellen 501, 111, 211 mit
den Steuerungseinheiten 112, 212 des rechten und
des linken Vorderrads 110, 210 bzw. über
die Schnittstellen 121, 221 mit den Steuerungseinheiten 122, 222 des
linken bzw. des rechten Hinterrads 120, 220.
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Im
ersten Ausführungsbeispiel umfasst der erste Regelkreis 100 also
einen ersten Regelzweig, in dem der Radnabenantrieb 124 geregelt
wird, und einen vierten Regelzweig, in dem die elektromechanische
Bremse 114 geregelt wird. Der zweite Regelkreis 200 umfasst
einen zweiten Regelzweig, in dem der Radnabenantrieb 224 geregelt
wird, und einen dritten Regelzweig, in dem die elektromechanische Bremse 214 geregelt
wird.
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In 1 ist
dargestellt, dass das Steuergerät 500 über
einen Pfad 504 zur Energieübertragung mit einem
DC/DC-Wandler 510 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 510 umfasst
dabei eine Schnittstelle 511 zur Energieübertragung.
Weiterhin umfasst der DC/DC-Wandler 510 eine Einheit 512 zur
Spannungswandlung. Die Einheit 512 ist dabei mit dem Akkumulator 132 der
ersten Batterie 130 verbunden. Über den DC/DC-Wandler 510 wird
ein Spannungsniveau der ersten Batterie 130 auf ein vorbestimmtes Niveau
eines Bordnetzes 600 gewandelt. Das vorbestimmte Niveau
des Bordnetzes 600 kann dabei beispielsweise 12 V oder
42 V sein. Der Pfad 504 zur Energieübertragung
verbindet den DC/DC-Wandler 510 weiterhin mit einem Schalter 520 einer
Feststellbremse. Der Schalter 520 der Feststellbremse umfasst
dabei eine Schnittstelle 521 zur Daten- und Energieübertragung.
Weiterhin umfasst der Schalter 520 der Feststellbremse
eine Betätigungseinheit 522, beispielsweise einen
Schalthebel. Über die Schnittstelle 521 ist der
Schalter 520 der Feststellbremse mit dem Steuergerät 500 der
Fahrdynamik verbunden.
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Weiterhin
ist das Steuergerät 500 der Fahrdynamik über
einen Pfad 505 zur Signalübertragung mit einer
Einheit 700 zum CAN-Antrieb verbunden.
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Die
dargestellte Vorrichtung 1 zur Regelung der Fahrdynamik
kann durch die redundante Ausführung, beispielsweise durch
zwei Bremskreise 100, 200 und zwei Bremspedalsensoren 144, 244,
verschiedenste Fehlerfälle kompensieren.
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Im
Folgenden werden Fehlerfälle und deren Kompensation durch
die dargestellte Vorrichtung 1 zur Regelung der Fahrdynamik
bzw. durch den Fahrzeugführer vorgestellt.
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Klemmt
z. B. das Bremspedal 300, so kann ein Bremswunsch durch
den Fahrzeugführer mittels des Schalters 520 der
Feststellbremse an das Steuergerät 500 der Fahrdynamik übermittelt
werden. Generell ist gemäß ECE-R13H jedoch ein
Klemmen des Bremspedals 300 ausgeschlossen, solange das Bremspedal 300 ausreichend
dimensioniert ist und aus metallischem Werkstoff besteht.
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Klemmt
beispielsweise das Gaspedal 400, so wird dies über
die Gaspedalsensoren 145, 245 erfasst und im Pedalsteuergerät 140 und/oder
im Steuergerät 500 der Fahrdynamik detektiert.
In einem solchen Fall kann z. B. das Steuergerät 500 der
Fahrdynamik ein Stehenbleiben des Fahrzeugs bewirken.
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Bei
Defekt eines Bremspedalsensors 144, 244 oder eines
Gaspedalsensors 145, 245 stellt das Pedalsteuergerät 140 eine
Diskrepanz zwischen dem jeweils anderen Brems- bzw. Gaspedalsensor fest.
Hierzu vergleicht beispielsweise die erste Signalverarbeitungseinheit 142 den
Wert des ersten Gaspedalsensors 145 mit dem Wert des zweiten Gaspedalsensors 245,
der entweder über die zweite Signalverarbeitungseinheit 242 oder
aber über die Gateway-Einheit 502 des Steuergeräts 500 der
Fahrdynamik an die erste Signalverarbeitungseinheit 142 übermittelt
wird. Die zweite Signalverarbeitungseinheit 141 oder das
Steuergerät 500 der Fahrdynamik legt dann einen
korrekten Wert des Positionssignals fest.
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Ist
beispielsweise ein Stecker an einem der Pedalmodule 301, 401 nicht
gesteckt, so detektiert die erste Signalverarbeitungseinheit 142 und/oder die
zweite Signalverarbeitungseinheit 242 des Pedalsteuergeräts 140,
dass die Signale der Bremspedal- und/oder Gaspedalsensoren 144, 244, 145, 245 außerhalb
eines vorbestimmten IO-Bereichs von beispielsweise 0,5...4,5 V liegen.
Zur Kompensation übernimmt das Steuergerät 500 der
Fahrdynamik beispielsweise die Signale des Brems- und/oder Gaspedalsensors
des jeweils anderen Bremskreises.
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Fällt
beispielsweise die erste Signalverarbeitungseinheit 142 und/oder
die erste Schnittstelle 141 des Pedalsteuergerätes 140 aus,
so stellt das Steuergerät 500 der Fahrdynamik
fest, dass über den Pfad 102 zur Datenübertragung
keine Positionssignale der Pedalsensoren 144, 145 mehr übertragen werden.
Insbesondere werden von dem Pedalsteuergerät 140 keine
Daten mehr übertragen. Zur Kompensation übernimmt
das Steuergerät 500 der Fahrdynamik zur Bildung
beispielsweise der Drehmomenten-Sollwerte die Signale der Gaspedal-
bzw. Bremspedalsensoren 244, 245 des zweiten Bremskreises. Analog übernimmt
das Steuergerät 500 der Fahrdynamik die Signale
des Gaspedal- bzw. Bremspedalsensors 145, 144 des
ersten Bremskreises, wenn die zweite Signalverarbeitungseinheit 242 und/oder
die Schnittstelle 241 defekt sind.
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Fällt
beispielsweise das Steuergerät 500 der Fahrdynamik
aus, so detektieren die Steuerungseinheiten 112, die Steuerungseinheit 212,
die Steuerungseinheit 222 und die Steuerungseinheit 122, dass
die Daten vom Steuergerät 500 der Fahrdynamik
fehlen. Sie übernehmen dann die von dem Pedalsteuergerät 140 auf
das Bussystem gelegten Signale und bremsen bzw. treiben das Fahrzeug
anhand einer fest abgelegten Drehmomentverteilung an. Das Bussystem
umfasst dabei beispielsweise die Pfade 102, 202, 505 zur
Signalübertragung. In diesem Fall ist beispielsweise eine
eingeschränkte Schlupfregelung an allen Rädern
möglich. Diese basiert beispielsweise auf der abgeleiteten
Raddrehzahl, was kein qualitativ hochwertiges Bremsverhalten bewirkt, jedoch
durchdrehende Räder oder einen Bremsplatten am Reifen verhindert.
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Fällt
beispielsweise eine Steuerungseinheit 112, 212 eines
der Vorderräder 110, 210 aus, so bewirkt
das Steuergerät 500 eine Abbremsung des Fahrzeugs
mit den jeweils nicht defekten Rädern.
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Fällt
beispielsweise eine Steuerungseinheit 122, 222 des
linken bzw. rechten Hinterrades 120, 220 aus,
so bewirkt das Steuergerät 500 der Fahrdynamik
einen Antrieb nur an dem jeweils nicht defekten Rad. Ein Bremsen
des Fahrzeugs geschieht dann jeweils an den nicht defekten Rädern.
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Fällt
beispielsweise die erste oder die zweite Batterie 130, 230 aus,
so erfolgt die Energieversorgung für den Antrieb bzw. das
Bremsen nur in dem jeweils nicht defekten Bremskreis.
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Durch
die in 1 dargestellte Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik
ergeben sich unterschiedlichste Vorteile. Erstens integriert die
dargestellte Vorrichtung 1 Antriebseinheiten und Bremseinheiten
in ein Gesamtkonzept. Dabei werden Radnabenmotoren 124, 224 an
der Hinterachse und elektromechanische Bremsen 114, 214 an
der Vorderachse vorgesehen. Die Radnabenmotoren 124, 224 erzeugen
automatisch Drehzahlinformationen, welche über die Schnittstellen 121, 221 auf
das Bussystem gelegt werden können.
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Die
Radnabenmotoren 124, 224 übernehmen die
gesamte Bremsfunktion an der Hinterachse. Weiterhin ermöglichen
die Radnabenmotoren 124, 224 eine Schlupfregelung
(ABS, ASR, ESP usw.). Das Steuergerät 500 der
Fahrdynamik regelt die gesamte Fahrdynamik, welche in heutigen Systemen auf
die Steuergeräte mehrerer Einheiten wie beispielsweise
Motor, Getriebe und ESP verteilt sind. Dabei ist es auch vorstellbar,
dass das Steuergerät 500 der Fahrdynamik weitere
Aktoren bzw. Sensoren ansteuert und/oder auswertet.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei
realisieren der erste und der zweite Regelkreis keine Diagonalaufteilung,
wie in 1 dargestellt, sondern eine Achsaufteilung. Wie in 1 ist
der erste Regelkreis 100 hell und der zweite Regelkreis 200 dunkel
dargestellt.
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Der
erste Regelkreis 100 besteht aus einem Pfad 101 zur
Energieübertragung und einem Pfad 102 zur Datenübertragung.
Beide Pfade 101, 102 verbinden folgend aufgeführte
Bestandteile des ersten Regelkreises 100: ein linkes Hinterrad 120,
ein rechtes Hinterrad 220, eine erste Batterie 130 und
ein Pedalsteuergerät 140. Die Bestandteile sind
dabei wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgebildet.
Weiter umfasst der erste Regelkreis noch eine Überwachungseinheit 160 und
einen DC/DC-Wandler 170, der die von der Batterie 130 zur Verfügung
gestellte Spannung auf ein Spannungsniveau des Pedalsteuergeräts 140 wandelt.
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Der
zweite Regelkreis 200 besteht aus einem Pfad 201 zur
Energieübertragung und einem Pfad 202 zur Datenübertragung.
Beide Pfade 201, 202 verbinden folgend aufgeführte
Bestandteile des zweiten Regelkreises 200: ein rechtes
Vorderrad 110, ein linkes Vorderrad 210, eine
Batterie 250 und das Pedalsteuergerät 140.
Die Batterie 250 umfasst dabei eine Überwachungseinheit 251 und
einen Akkumulator 252. In 2 ist dargestellt,
dass die Batterie 250 nicht der Batterie 230 des
ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Ist ist jedoch
auch vorstellbar, dass anstelle der Batterie 250 die Batterie 230 vorgesehen
wird.
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel umfasst der erste Regelkreis 100 also
den ersten Regelzweig, in dem der Radnabenantrieb 124 geregelt
wird, und den zweiten Regelzweig, in dem der Radnabenantrieb 224 geregelt
wird. Der zweite Regelkreis 200 umfasst den dritten Regelzweig,
in dem die elektromechanische Bremse 114 geregelt wird,
und den vierten Regelzweig, in dem die elektromechanische Bremse 214 geregelt
wird.
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Die
Batterie 130 des ersten Regelkreises stellt dabei vorzugsweise
eine Spannung zur Verfügung, welches gleichzeitig die Betriebsspannung
der Radnabenmotoren 124, 224 ist. Diese Spannung kann
z. B. größer als 100 V sein. Die Batterie 250 des zweiten
Regelkreises stellt vorzugsweise eine Spannung von z. B. 12 Volt
oder 42 Volt zur Verfügung, welches gleichzeitig die Betriebsspannung
der elektromechanischen Bremsen 114, 214 und des
Pedalsteuergeräts 140 ist. Hierdurch ergibt sich
in vorteilhafter Weise, dass für eine gemeinsame Energieversorgung
der Bestandteile des ersten und des zweiten Regelkreises keine Kabel
von der Hinterachse an die Vorderachse verlegt werden müssen.
Gleichzeitig wird ermöglicht, die Pfade 101, 201 zur
Energieversorgung auf einem einheitlichen Spannungslevel zu betreiben.
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Der
Pfade 101, 201 zur Energieübertragung des
ersten und des zweiten Regelkreises 100, 200 sind über
einen DC/DC-Wandler 800 verbunden, so dass ein Energiefluss
zwischen dem ersten und dem zweiten Regelkreis 100, 200 möglich
ist.
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Weiter
zeigt 2 noch einen Akkumulator 900, der Energie
für das Bordnetz speichert und eine Schnittstelle 1000 des
Pfades 101, der beispielsweise ein externes Laden der Batterie 130 ermöglicht.
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Nicht
näher erläuterte Bestandteile der 2 sind
dabei analog zu 1 ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 60303264
T2 [0008]
- - DE 60304553 T2 [0009]
- - DE 10202531 A1 [0010]
- - US 2005/0151420 A1 [0011]