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WO2010133344A2 - Vorrichtung und verfahren zur regelung einer fahrdynamik - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur regelung einer fahrdynamik Download PDF

Info

Publication number
WO2010133344A2
WO2010133344A2 PCT/EP2010/003041 EP2010003041W WO2010133344A2 WO 2010133344 A2 WO2010133344 A2 WO 2010133344A2 EP 2010003041 W EP2010003041 W EP 2010003041W WO 2010133344 A2 WO2010133344 A2 WO 2010133344A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wheel
brake
control
vehicle
control unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/003041
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010133344A3 (de
Inventor
Bastian Witte
Jürgen Hoffmann
Original Assignee
Volkswagen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Ag filed Critical Volkswagen Ag
Publication of WO2010133344A2 publication Critical patent/WO2010133344A2/de
Publication of WO2010133344A3 publication Critical patent/WO2010133344A3/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/88—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means
    • B60T8/885—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means using electrical circuitry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T2270/413—Plausibility monitoring, cross check, redundancy
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    • B60T2270/60—Regenerative braking
    • B60T2270/604—Merging friction therewith; Adjusting their repartition
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    • B60T2270/60—Regenerative braking
    • B60T2270/613—ESP features related thereto

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling a driving dynamics of a vehicle.
  • the regulation of driving dynamics of the vehicle comprises at least the regulation of drive units and / or brake units.
  • electromechanical brakes represent a possible embodiment.
  • brake-by-wire brake units there is no conventional brake hydraulics more.
  • the driver operates as usual a brake pedal of the vehicle, but he occurs against a spring or a spring force generated by the spring, which merely simulates the usual pedal feel.
  • a braking force for each wheel of the vehicle is calculated from this, taking into account, for example, the requirements of an ABS or ESP setpoint.
  • a problem in the series introduction of such electromechanical brakes are the cost. Since, according to regulations, power-operated braking systems must be designed with at least two circuits, and each of the two brake circuits must have its own energy store, the costs of, for example, two batteries, their charging and monitoring units, short-time power storage (capacitors), etc. are incurred. The same applies e.g. in commercial vehicles with compressed air brakes, which on buses e.g. also be used for the locking mechanism of the bus doors. Since there is no further use by other units in the vehicle for the elements of the two brake circuits, the costs generated by the elements are attributed exclusively to the brake system of the vehicle. The brake system is thus significantly more expensive than a conventional brake system.
  • wheel hub motors In the field of drive units, a use of so-called wheel hub motors is a possible drive alternative.
  • the vehicle does not have a central drive, such as an internal combustion engine that drives one or more axles. Rather, each wheel of the vehicle has its own drive unit, which is arranged for example in the wheel itself. Examples include the VW TwinDrive (rear axle) and a Volvo plug-in Hybrid, which was shown at the IAA 2007 .. Further examples of wheel hub motors and their use for driving a vehicle show the companies Michelin (Active Wheel) and Siemens (eCorner).
  • the traction battery In vehicles with electric or hybrid drives, there is an electrical energy storage in the form of a driving battery. Regarding use as energy storage for an electromechanical brake, the traction battery has several favorable features:
  • traction batteries are usually operated between 20-30 to 70-80% of their maximum capacity. As a rule, at least 20% of the maximum capacity is available as residual capacity for an emergency. This residual capacity is still sufficient to ensure the operation of an electromechanical brake unit by means of the traction battery, even in an emergency.
  • Traction batteries are usually dimensioned for a power output of the order of 50 kW. Thus, traction batteries themselves can meet peak requirements for the performance of an electromechanical brake unit, for example, 1 kW per wheel.
  • Traction batteries are usually designed in a so-called high-voltage technology. This makes it possible to implement a sub-board network, which includes the electromechanical brake unit, with a higher voltage, for example 42V. This has the advantage that the currents at the same power lower and the power semiconductors in the inverter are smaller and cheaper.
  • the driving battery or the traction batteries have a house-of-state monitoring of the state-of-charge (SOC) and state-of-health (SOH) and thus already monitor themselves. This information provides the traction batteries, for example, on a bus system of the vehicle also available to other control units of the vehicle.
  • SOC state-of-charge
  • SOH state-of-health
  • the listed characteristics of the driving battery cover the requirements for a power supply of an electromechanical brake, which originally made these more expensive. It is therefore time to rethink the use of, for example, electromechanical brake units as brake system for pure electric and hybrid vehicles under these circumstances.
  • the aforementioned wheel hub motors can be designed such that they not only drive the vehicle, but also can convert kinetic energy of the vehicle back into electrical energy. This is called recuperation.
  • recuperation One tries, by so-called brake blending, to use the recuperation as comprehensively as possible and to use the mechanical friction brakes only sparsely, eg only shortly before stopping.
  • the travel drives can thus also be used as brake units.
  • the DE 603 03 264 T2 discloses a vehicle brake device.
  • the vehicle brake device in this case comprises a hydraulic brake device, which exerts a first hydraulic brake force on at least one first wheel and is subjected to a first brake system.
  • the vehicle brake device comprises an electric brake device, which exerts a first electric brake force on at least one second wheel and which is subjected to a second brake system.
  • the vehicle brake apparatus includes a regenerative braking device that applies a first regenerative braking force to the first or second wheel, and a regenerative energy supply path supplies the energy recovered from the regenerative braking device to the electric braking device.
  • the regenerative brake can also be selectively operated as an electric motor.
  • the document does not disclose a division of the vehicle brake device into a plurality of brake and drive circuits, which ensure redundancy, in particular during braking.
  • DE 603 04 553 T2 discloses a vehicle brake system having a first regenerative braking unit, a second friction braking unit and a controller.
  • the controller controls the degree of regenerative braking action of the regenerative braking unit and the degree of friction braking action of the friction braking unit.
  • the regenerative braking effect is applied to a first pair of wheels and the friction braking effect to the first pair of wheels and to a second pair of wheels, wherein a desired braking torque distribution between the first pair of wheels and the second pair of wheels is achieved.
  • DE 102 02 531 A1 discloses a method for controlling a hybrid drive of a vehicle, wherein the hybrid drive as the drive machine comprises an internal combustion engine and at least one electric machine and the output shafts of the drive machines are operatively connected to a drive train of the vehicle.
  • a negative torque request (braking) to the drive train of the vehicle by means of a map-based control of at least one electric machine.
  • the electric machine can be operated in generator mode and thereby serve to provide a vehicle electrical system voltage and the charging of the motor vehicle battery.
  • US 2005/0151420 A1 discloses a method for braking a drive train of a vehicle.
  • the drive train comprises a first drive axle, which is driven exclusively electrically and comprises only electrical, regenerative brakes.
  • the vehicle also has a second drive axle which is driven by an internal combustion engine and has only friction brakes.
  • the method monitors a remaining free capacity for a regenerative braking operation and dissipates energy through a thermal resistor to free up more free residual capacity for regenerative braking.
  • the method brakes the first drive axle regeneratively up to a first level.
  • the method frustrates the second drive axle when the brake request of the vehicle is greater than the first level.
  • the method brakes the second drive axle by engine braking by means of the internal combustion engine up to and above the first level.
  • the friction brakes can be designed as hydraulic or electric friction brakes.
  • the friction brakes are arranged on the front wheels.
  • the electric, regenerative brakes are arranged on the rear axle.
  • None of the aforementioned publications discloses a method and / or a device for controlling a vehicle dynamics, which ensures redundancy when driving and braking of the vehicle using wheel drives and friction brakes.
  • the device or the method for controlling the driving dynamics of a vehicle includes a front axle with left front wheel with friction brake and right front wheel with friction brake, at least one rear axle with left rear wheel with wheel drive and right rear wheel with wheel drive, both wheel drives drive the vehicle or regenerative braking can, a driving dynamics control unit that controls the driving dynamics of the vehicle by controlling the wheels and at least one battery for supplying and receiving regenerative energy of the wheel drives, the wheels are divided into a first control loop and a second control loop, wherein the first and the second control loop each comprise a right and a left wheel.
  • the control for the first wheel drive can be regarded as a first control branch, for the second wheel drive as a second control branch, for the first friction brake as a third control branch and for the second friction brake as a fourth control branch.
  • the division into control branches advantageously allows each wheel drive and each friction brake to be controlled in a targeted manner. Also allows the division into control branches in an advantageous manner that, for example, defective wheel drives and friction brakes can be turned off. However, disabling or disabling a single control branch does not require disabling or disabling the entire control loop. If, for example, a wheel drive generates too high a drive torque, then the energy supply of this wheel drive can be switched off via the control branch of the wheel drive. However, the further control branch of the control loop, which comprises the disconnected control branch of the wheel drive, does not have to be deactivated, whereby the wheel drive controlled in the further control branch or the friction brake can be further regulated.
  • the vehicle is an electric or hybrid vehicle.
  • the control unit of the vehicle dynamics assumes in the control of the driving dynamics of several tasks, previously by several control devices, such as the brake, engine and Transmission control unit, have been met.
  • the control unit of the driving dynamics determines a reference speed from at least one wheel speed of at least one wheel.
  • the vehicle dynamics control unit determines a speed and a running state of the vehicle.
  • the control unit of the vehicle dynamics for reading a button for the parking brake.
  • the vehicle dynamics control module reads external demands on the friction brakes and the wheel drives, for example, from adaptive distance control (ACC), and a steering wheel angle.
  • the vehicle dynamics control unit further assesses the vehicle dynamic state of the vehicle, such as the need for an ABS or ESP intervention.
  • control unit of the vehicle dynamics determined torque setpoints for at least one, but preferably all four wheels, with the front wheels only braking torque setpoints, for the rear wheels, however, braking and drive torque setpoints are determined.
  • the determination can take into account various functions of the vehicle, such as a recuperation in an electric vehicle, ABS, ESP, differential lock, torque vectoring, etc.
  • the control unit of the vehicle dynamics sends the torque setpoints and determined reference speeds of the wheels by means of the data communication system to the friction brakes or the wheel drives. It is conceivable that for optimal slip control in an ABS intervention three reference speeds are determined, a first reference speed for the left side of the vehicle, a second reference speed for the vehicle center and a third reference speed for the right vehicle side.
  • the driving dynamics control unit also undertakes communication with further control units of the vehicle, eg via CAN drive. It is also conceivable that the control unit of the traction drive contains more complex dynamic driving controller and controls other actuators, such as to carry out a pitch and / or roll compensation, to perform a superposition steering, to carry out a rear-wheel steering, etc.
  • the disclosed control of vehicle dynamics is a key Vehicle dynamics control unit of the vehicle.
  • a data communication of the control unit of the vehicle dynamics with the wheel drives and the friction brakes takes place via a data communication system.
  • the data communication system is divided into two data buses, wherein each one of the control circuits exchanges data via one of the two data buses.
  • the data buses can be used as a CAN bus or preferably as a time-controlled bus system, eg Flex-Ray or TTP. Bus system to be executed.
  • control unit of the driving dynamics Another central function of the control unit of the driving dynamics is the function as a gateway between the two data buses, each of which is used for data exchange in the first or second control loop.
  • the first control circuit includes the right front wheel and the left rear wheel and the second control circuit includes the left front wheel and the right rear wheel. This advantageously results in a diagonal distribution of the control of the driving dynamics or the braking concept.
  • the first loop and the second loop are redundant and include:
  • a front brake as a friction brake wherein the friction brake is preferably designed as an electromechanical brake.
  • the friction brakes of the first and second brake circuits each have a parking brake function.
  • a wheel drive preferably a wheel hub drive, which allows driving and regenerative braking of a wheel.
  • a battery for receiving the electrical energy generated during regenerative braking 3.
  • a common control device of the driving dynamics for both control and brake circuits which controls the first wheel drive and the second friction brake in the first brake circuit and the second wheel drive and the first friction brake in the second brake circuit.
  • a pedal control unit for reading the paths of the brake and accelerator pedal.
  • the first control circuit comprises the left rear wheel and the right rear wheel and the second control circuit comprises the left front wheel and the right front wheel.
  • each control loop only controlling wheel drives or friction brakes which, under the same operating conditions, e.g. be operated at the same voltage level.
  • the friction brakes are operated on the front axle with an operating voltage of 12 V or 42 volts and the wheel drives on the rear axle with an operating voltage greater than 100 V, friction brakes and wheel drives are each controlled in separate control loops.
  • the friction brakes are controlled by one control unit and one converter and / or the wheel drives are controlled by one control unit and one converter each.
  • the control unit of the first wheel drive takes over, for example, the torque setpoint, which is sent from the vehicle dynamics control unit via the data communication system. Positive torque setpoints thereby generate a torque which leads to an acceleration in the forward direction (ie drive when driving forwards, decelerate when reversing). Negative torque setpoints generate a torque which causes a reverse acceleration (ie, decelerate when moving forwards, driving at reverse).
  • the control unit of the first wheel drive also derives a speed and a direction of rotation of the left rear wheel, for example via a commutation of drive motors of the first wheel drive. This sends the control unit of the first wheel drive via the data communication system, for example, to the control unit of the vehicle dynamics.
  • the control unit of the second wheel drive works in an analogous manner.
  • the control unit of the first friction brake reacts only to negative and in reverse driving to positive torque setpoints when driving forward, since the friction brake can only reduce acting on a vehicle speed.
  • an electric motor of the friction brake is energized in such a way that the friction brake is opened as far as possible.
  • an air gap of the electromechanical brake can be actively controlled.
  • the control unit of the first friction brake reads the speed, for example by means of a speed sensor of the left Front wheel, and evaluates its pulses (possibly via a direction of rotation detection).
  • the control unit of the first friction brake additionally activates a parking brake on the left front wheel.
  • the control unit of the second friction brake works in an analogous manner.
  • the control units of the first friction brake, the second friction brake, the first wheel drive and the second wheel drive send an actual speed of the respective wheel by means of the data communication system, for example to the control unit of the vehicle dynamics.
  • the control units are able to perform a slip control of the respective wheel with the aid of a reference speed transmitted by the control unit of the driving dynamics, an actual speed and the wheel drive or the friction brake.
  • At least one first pedal sensor detects a signal of the brake pedal and at least one second pedal sensor detects a signal of the accelerator pedal, which is processed in a control unit and used to control the first control loop.
  • the position of the accelerator pedal is detected via a position sensor of the accelerator pedal position and the position of the brake pedal via a position sensor of the brake pedal position.
  • the thus detected position signals are then sent by means of the data communication system to the control unit of the vehicle dynamics and used to control one or both brake circuits.
  • the position of the accelerator pedal is detected by a first position sensor and a second position sensor, wherein the position signal of the first position sensor for controlling the first brake circuit and the position signal of the second position sensor for controlling the second brake circuit is used.
  • the use of two position sensors for the accelerator pedal is conceivable.
  • the position of the accelerator pedal is detected by four position sensors, of which two position sensors for controlling the first brake circuit and two position sensors for controlling the second brake circuit are used in each case.
  • there are two redundant position sensors wherein the two redundant position sensors in a housing mechanically summarized, but electrically are duplicated.
  • the sensor signal increases with increasing pedal travel, while the sensor signal of the other redundant position sensor drops.
  • an analog version is of course also conceivable. It is possible to provide several control devices for the pedal sensors. It is conceivable that each control unit processes a plurality of position signals or a control device is provided for processing for each position signal.
  • the position signals are filtered, processed and / or converted from analog to digital, for example. It is also conceivable that the control unit of the pedal sensors performs an error detection of the position signal.
  • the correctness of the four individual position signals can be checked, for example, from the two position signals used to control the first brake circuit and from the two position signals used to control the second brake circuit.
  • the position signals of the four position sensors are exchanged, for example via the data communication system and the driving dynamics control unit, and sent to the control unit of the pedal sensors.
  • the controller of the pedal sensors from the four position signals, for example, by a 3-out-of-4 decision, a setpoint for acceleration or the total torque of the vehicle determine and sends them via the data communication system.
  • the control unit of the pedal sensors also generate signals for driving a brake light (BLS, BTS signals).
  • pedals directly to the control unit for vehicle dynamics.
  • the pedal control units or the pedal control devices can be omitted.
  • at least one pedal module Upon actuation of the brake and / or accelerator pedal, it is also possible that at least one pedal module generates a counterforce of the pedal.
  • the pedal module allows advantageously that upon actuation of the brake and / or the Acceleration force is generated by, for example, a non-linear spring and optionally an additional damper, which corresponds to the usual pedal feeling.
  • energy for operating the first and / or the second friction brake is taken from the battery for receiving regenerative braking energy. This allows advantageously that one of the two prescribed energy storage can be saved in a brake circuit for the operation of the friction brakes.
  • the wheel drives wheel hub drives and / or the friction brakes electromechanical friction brakes.
  • the electromechanical friction brake can be designed, for example, as an electric motor with a spindle or as a wedge brake with self-boosting. Basically, a hydraulic brake, wherein a pump of the hydraulic brake is electrically operated, or an electromechanical brake booster conceivable.
  • the friction brake which is arranged on a front wheel, it requires a mechanism for the parking brake, as a parking brake function is not guaranteed by the wheel hub motors, which are arranged on the rear wheels.
  • the parking brake can be done for example by a locking pin within the electromechanical brake or by an electric parking brake.
  • the vehicle preferably brakes with recuperation, that is, by regenerative braking of the wheel drives, the braking process will generally take place only at the rear axle.
  • the friction brake and the friction brakes on the front wheels are dimensioned smaller, in particular the brake disc in its material thickness.
  • the wheel hub motor has the pleasant side effect that can be dispensed with at the rear axle on the use of wheel speed sensors, for example, for ABS and / or ESP interventions.
  • the information about the wheel speed are provided by an inverter of the wheel hub motor, since this information is required for a commutation of the wheel hub motor.
  • the angle signal for annotating the wheel drives in the inverter or control unit is derived in time and sent via the data bus to the control unit of the vehicle dynamics.
  • the at least one battery for receiving regenerative braking energy is a driving battery of the electric or hybrid vehicle.
  • the properties of the drive battery mentioned above can also be used for the operation of the friction brakes, in particular of electromechanical brakes. In particular, this makes it possible to save separate energy units for supplying energy to the electromechanical brakes.
  • the first control circuit comprises a first battery and the second control circuit comprises a second battery, wherein the first battery and / or the second battery receives regenerative braking energy of the first and / or the second wheel drive and / or energy for the first and / or second friction brake provides.
  • the first battery and / or the second battery receives regenerative braking energy of the first and / or the second wheel drive and / or energy for the first and / or second friction brake provides.
  • at least one battery is provided for supplying power to the control loop per control loop. These batteries are used to receive regenerative braking energy from the wheel drives of the first and the second control loop and simultaneously provide energy for the friction brakes of the first and / or second control loop available
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a device for controlling a
  • Fig. 2 is a schematic block diagram of a device for controlling a
  • a device 1 for controlling a driving dynamics of a vehicle is shown in Fig. 1.
  • the device 1 comprises a first control loop 100 and a second control loop 200, which in the first exemplary embodiment are also referred to as a first brake circuit or second brake circuit.
  • the first brake circuit 100 is shown bright, the second brake circuit 200 is shown dark.
  • the first brake circuit 100 consists of a path 101 for energy transmission and a path 102 for data transmission.
  • the path 102 for data transmission can be part of a bus system of the vehicle, for example. Both paths 101, 102 connect Components of the first brake circuit 100 listed below include a right front wheel 110, a left rear wheel 120, a first battery 130, and a pedal controller 140.
  • the right front wheel 110 includes an interface 111 for energy and / or data transmission, a control unit 112, a converter unit 113 and an electromechanical brake 114. Furthermore, a sensor 115 for detecting the wheel speed is provided, wherein the signals of the sensor 115 via the interface 1 11 of the right front wheel 110 are transmitted.
  • the sensor 115 may be, for example, a speed sensor for detecting the wheel speed, which is also used for an ABS function of the vehicle.
  • the control unit 1 12 controls the electromechanical brake 114 via the converter 113 on the basis of the data transmitted via the path 102 for data transmission.
  • the energy for operating the electromechanical brake 1 14 comes from the path 101 for energy transmission.
  • the first battery 130 comprises an interface 131 for data and energy transmission.
  • the interface 131 may be designed as a common interface for the data and energy transmission, but it may also include an interface for data transmission and an interface for energy transmission.
  • the first battery 130 comprises an accumulator 132 for storing electrical energy.
  • the accumulator 132 is monitored by a monitoring unit 133.
  • the monitoring unit 133 monitors the state-of-charge (SOC) and the state-of-health (SOH) and provides information about the SOC or SOH via the interface 131 to the further components of the first brake circuit 100.
  • SOC state-of-charge
  • SOH state-of-health
  • the pedal controller 140 includes an interface 141 for data and energy transfer. Furthermore, the pedal control unit 140 comprises a unit 142 for signal processing. Via interfaces 143, 243 for signal transmission, the pedal control unit 140 is connected to a first brake pedal sensor 144 and a first accelerator pedal sensor 145.
  • the first brake pedal sensor 144 detects the position of a brake pedal 300.
  • the brake pedal 300 is actuated by a vehicle driver.
  • a pedal module 301 of the brake pedal 300 generates an opposing force when it is actuated, which simulates an opposing force that corresponds to the pedal feel common today.
  • the first accelerator pedal sensor 145 detects the position of an accelerator pedal 400, which is also operated by the driver.
  • the accelerator pedal 400 is acted upon by a pedal module 401 when pressed with a counter force to simulate a conventional counterforce.
  • the pedal control unit 140 is further provided with brake light switches 146, 246 connected.
  • brake light switches 146, 246, for example, brake light lights are activated when the vehicle driver actuates the brake pedal 300.
  • the left rear wheel 120 comprises an interface 121 for data and signal transmission, a control unit 122, a converter 123 and a wheel hub drive 124.
  • the control unit 122 controls the wheel hub drive 124 on the basis of signals which are transmitted via the path 102 for signal transmission of the first brake circuit 100 be transmitted.
  • the power to operate the first hub drive 124 is taken from the first battery 130. In motor operation, energy is taken from the accumulator 132; in a regenerative operation, the wheel hub drive feeds energy into the accumulator 132 via the path 101 for energy transmission. In regenerative mode, the first wheel hub drive 124 brakes the left rear wheel 120 of the vehicle.
  • the second brake circuit 200 is constructed in the same way.
  • a path 201 for transmitting energy and a path 202 for data transmission in this case connect a left front wheel 210, a right rear wheel 220, a second battery 230 and the pedal control unit 140.
  • the left front wheel 210 includes an interface 211, a controller 212, an inverter 213, and an electromechanical brake 214. Also provided is a sensor 215 that detects, for example, the rotational speed of the left front wheel 210.
  • the right rear wheel 220 includes an interface 221, a controller 222, an inverter 223, and a hub drive 224.
  • the second battery 230 comprises an interface 231, an accumulator 232 and a monitoring unit 233.
  • the structure and operation of the left front wheel 210, the right rear wheel 220 and the second battery 230 are the same as the right front wheel 110, the left rear wheel 120 and the first battery 130.
  • the power transmission path 201 and the signal transmission path 202 are the same Pedal control unit 140 connected via the interface 241.
  • the pedal control unit 140 further comprises a second signal processing unit 242, which in the same way as the first
  • Signal processing unit 142 position signals of a second brake pedal sensor 244 and a second accelerator pedal sensor 245 processed. Also, the second signal processing unit 242 exchanges position signals with the first signal processing unit 142 off. By detecting the brake pedal position or the accelerator pedal position by two position sensors 144, 145, 244, 245, which are respectively supplied to different signal processing units 142, 242, a redundancy in the detection of the brake pedal position or the accelerator pedal position is ensured.
  • the paths 102, 202 for data transmission of both brake gyros 00, 200 connect the stated components of both brake circuits 100, 200 in addition to a control device 500 of the driving dynamics of the vehicle.
  • the control unit 500 comprises an interface 501, a gateway unit 502 and a signal processing unit 503.
  • the interface 501 serves for data and energy transmission.
  • the gateway unit 502 is used for data transmission between the first brake circuit 100 and the second brake circuit 200.
  • the signal processing unit 503 assesses and regulates the driving dynamics of the vehicle based on the data transmitted via the paths 102, 202 for data transmission, in particular the setpoint values of the pedal control device 140.
  • the signal processing unit 503 controls the braking force of the electromechanical brake 114, 214 and the rotational speeds or torques of the wheel hub drives 124, 224.
  • it communicates with the control units 112 by means of the paths 102, 202 for data transmission and the interfaces 501, 111, 211. 212 of the right and left front wheels 110, 210 and via the interfaces 121, 221 with the control units 122, 222 of the left and right rear wheel 120, 220th
  • the first control loop 100 thus comprises a first control branch, in which the wheel hub drive 124 is regulated, and a fourth control branch, in which the electromechanical brake 114 is regulated.
  • the second control loop 200 includes a second control branch in which the wheel hub drive 224 is controlled, and a third control branch in which the electromechanical brake 214 is controlled.
  • FIG. 1 shows that the control device 500 is connected to a DC / DC converter 510 via a path 504 for energy transmission.
  • the DC / DC converter 510 in this case comprises an interface 511 for energy transmission.
  • the DC / DC converter 510 includes a voltage conversion unit 512.
  • the unit 512 is connected to the accumulator 132 of the first battery 130.
  • Via the DC / DC converter 510 a voltage level of the first battery 130 is converted to a predetermined level of a vehicle electrical system 600.
  • the predetermined level of the electrical system 600 may be, for example, 12 V or 42 V.
  • the energy transfer path 504 further connects the DC / DC converter 510 to a parking brake switch 520.
  • the switch 520 of Parking brake includes an interface 521 for data and energy transfer.
  • the switch 520 of the parking brake comprises an actuating unit 522, for example a shift lever. Via the interface 521, the switch 520 of the parking brake is connected to the control unit 500 of the driving dynamics.
  • control unit 500 of the vehicle dynamics is connected via a path 505 for signal transmission with a unit 700 to the CAN drive.
  • the illustrated device 1 for controlling the vehicle dynamics can compensate for the most diverse error cases by the redundant design, for example by two brake circuits 100, 200 and two brake pedal sensors 144, 244.
  • Clamps e.g. the brake pedal 300 a braking request can be transmitted by the driver by means of the switch 520 of the parking brake to the control unit 500 of the vehicle dynamics.
  • a braking request can be transmitted by the driver by means of the switch 520 of the parking brake to the control unit 500 of the vehicle dynamics.
  • ECE-R13H clamping of the brake pedal 300 is excluded, as long as the brake pedal 300 is sufficiently dimensioned and made of metallic material.
  • the accelerator pedal 400 If, for example, the accelerator pedal 400 is engaged, this is detected via the accelerator pedal sensors 145, 245 and detected in the pedal control unit 140 and / or in the control unit 500 of the vehicle dynamics. In such a case, e.g. cause the control unit 500 of the vehicle dynamics to stop the vehicle.
  • the pedal control device 140 detects a discrepancy between the respective other brake or accelerator pedal sensor.
  • the first signal processing unit 142 compares the value of the first accelerator pedal sensor 145 with the value of the second accelerator pedal sensor 245, which is transmitted to the first signal processing unit 142 either via the second signal processing unit 242 or via the gateway unit 502 of the control unit 500 of the vehicle dynamics.
  • the second signal processing unit 141 or the driving dynamics control unit 500 determines a correct value of the position signal.
  • the first signal processing unit 142 and / or the second signal processing unit 242 of the pedal control unit 140 detects that the signals of the brake pedal and / or gas pedal sensors 144, 244, 145, 245 are outside one predetermined IO range of, for example 0.5 ... 4.5 V.
  • the control unit 500 assumes the driving dynamics, for example, the signals of the brake and / or accelerator pedal sensor of the other brake circuit.
  • the control unit 500 determines the driving dynamics that no position signals of the pedal sensors 144, 145 are transmitted via the path 102 for data transmission. In particular, data is no longer transmitted by the pedal control unit 140.
  • the control unit 500 of the driving dynamics assumes the signals of the accelerator pedal or brake pedal sensors 244, 245 of the second brake circuit for forming, for example, the torque setpoint values.
  • the control unit 500 of the vehicle dynamics assumes the signals of the accelerator pedal or brake pedal sensor 145, 144 of the first brake circuit when the second signal processing unit 242 and / or the interface 241 are defective.
  • the control units 112, the control unit 212, the control unit 222 and the control unit 122 detect that the data from the control unit 500 of the driving dynamics are missing. They then take over the signals applied by the pedal control unit 140 to the bus system and brake or drive the vehicle on the basis of a permanently stored torque distribution.
  • the bus system includes, for example, the paths 102, 202, 505 for signal transmission. In this case, for example, a limited slip control on all wheels possible. This is based for example on the derived wheel speed, which does not cause high-quality braking behavior, but prevents spinning wheels or a brake plates on the tire.
  • control unit 500 effects a deceleration of the vehicle with the respectively non-defective wheels.
  • control unit 500 effects driving dynamics only on the vehicle each not defective wheel. A braking of the vehicle is then done in each case at the non-defective wheels.
  • the power supply for the drive or the braking takes place only in the respective non-defective brake circuit.
  • the illustrated in Fig. 1 device for controlling the vehicle dynamics results in a variety of advantages.
  • the illustrated device 1 integrates drive units and brake units in an overall concept.
  • wheel hub motors 124, 224 are provided on the rear axle and electromechanical brakes 114, 214 on the front axle.
  • the wheel hub motors 124, 224 automatically generate speed information which can be applied to the bus system via the interfaces 121, 221.
  • the wheel hub motors 124, 224 take over the entire braking function on the rear axle. Furthermore, the wheel hub motors 124, 224 allow a slip control (ABS, ASR, ESP, etc.).
  • the driving dynamics control unit 500 regulates the entire driving dynamics, which in today's systems are distributed among the control units of several units, such as the engine, transmission and ESP. It is also conceivable that the control unit 500 of the vehicle dynamics activates and / or evaluates further actuators or sensors.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.
  • the first and the second control loop do not realize diagonal division, as shown in FIG. 1, but instead an axis distribution.
  • the first control circuit 100 is light and the second control circuit 200 is dark.
  • the first control circuit 100 consists of a path 101 for energy transmission and a path 102 for data transmission. Both paths 101, 102 connect the following components of the first control circuit 100: a left rear wheel 120, a right rear wheel 220, a first battery 130 and a pedal control unit 140. The components are designed as described in the first embodiment. Furthermore, the first control circuit also comprises a monitoring unit 160 and a DC / DC converter 170, which converts the voltage provided by the battery 130 to a voltage level of the pedal control unit 140.
  • the second control circuit 200 consists of a path 201 for energy transmission and a path 202 for data transmission.
  • Both paths 201, 202 connect the following components of the second control loop 200: a right front wheel 110, a left front wheel 210, a battery 250 and the pedal control unit 140.
  • the battery 250 includes a monitoring unit 251 and an accumulator 252. In FIG illustrated that the battery 250 does not correspond to the battery 230 of the first embodiment. However, it is also conceivable that instead of the battery 250, the battery 230 is provided.
  • the first control loop 100 thus comprises the first control branch, in which the wheel hub drive 124 is regulated, and the second control branch, in which the wheel hub drive 224 is regulated.
  • the second control loop 200 comprises the third control branch, in which the electromechanical brake 114 is regulated, and the fourth control branch, in which the electromechanical brake 214 is regulated.
  • the battery 130 of the first control loop preferably provides a voltage which is at the same time the operating voltage of the wheel hub motors 124, 224. This voltage can e.g. be greater than 100V.
  • the second loop battery 250 preferably provides a voltage of e.g. 12 volts or 42 volts, which is simultaneously the operating voltage of the electro-mechanical brakes 114, 214 and the pedal control unit 140. This results in an advantageous manner that for a common power supply to the components of the first and second control loop no cable from the rear axle must be moved to the front axle. At the same time, it is possible to operate the paths 101, 201 for supplying energy at a uniform voltage level.
  • the paths 101, 201 for transmitting energy of the first and second control circuits 100, 200 are connected via a DC / DC converter 800, so that an energy flow between the first and second control circuits 100, 200 is possible.
  • FIG. 2 also shows an accumulator 900 which stores energy for the vehicle electrical system and an interface 1000 of the path 101, which enables, for example, an external charging of the battery 130.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs, umfassend eine Vorderachse mit linkem Vorderrad (210) mit Reibungsbremse (214) und rechtem Vorderrad (110) mit Reibungsbremse (114), mindestens eine Hinterachse mit linkem Hinterrad (120) mit Radantrieb (124) und rechtem Hinterrad (220) mit Radantrieb (224), wobei beide Radantriebe das Fahrzeug antreiben oder regenerativ bremsen können, ein Steuergerät (500) der Fahrdynamik, das die Fahrdynamik des Fahrzeugs durch Ansteuerung der Räder (110, 120, 210 und 220) regelt, mindestens eine Batterie zur Versorgung und zur Aufnahme von regenerativer Energie der Radantriebe, wobei die Räder (110, 120, 210, 220) auf einen ersten Regelkreis (100) und einen zweiten Regelkreis (200) aufgeteilt sind, wobei der erste und der zweite Regelkreis jeweils ein rechtes (110 oder 220) und ein linkes Rad (210 oder 120) umfassen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung einer Fahrdynamik eines Fahrzeugs.
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.
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.
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).
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.
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. 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.
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.
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.
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 kennfeld basierten 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.
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.
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.
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. Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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.
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.
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.
Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Steuergerät der zweiten Reibungsbremse funktioniert dabei in analoger Weise.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer
Fahrdynamik mit Diagonalteilung und
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung einer
Fahrdynamik mit Achsteilung.
Für das erste Ausführungsbeispiels ist in Fig. 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.
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.
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 1 11 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 1 12 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 1 14 stammt aus dem Pfad 101 zur Energieübertragung.
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.
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.
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.
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.
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.
Die zweite Batterie 230 umfasst eine Schnittstelle 231 , einen Akkumulator 232 und eine Überwachungseinheit 233.
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.
Die Pfade 102, 202 zur Datenübertragung beider Bremskreisel 00, 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.
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.
In Fig. 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.
Weiterhin ist das Steuergerät 500 der Fahrdynamik über einen Pfad 505 zur Signalübertragung mit einer Einheit 700 zum CAN-Antrieb verbunden.
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.
Im Folgenden werden Fehlerfälle und deren Kompensation durch die dargestellte Vorrichtung 1 zur Regelung der Fahrdynamik bzw. durch den Fahrzeugführer vorgestellt.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Durch die in Fig. 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.
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.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei realisieren der erste und der zweite Regelkreis keine Diagonalaufteilung, wie in Fig. 1 dargestellt, sondern eine Achsaufteilung. Wie in Fig. 1 ist der erste Regelkreis 100 hell und der zweite Regelkreis 200 dunkel dargestellt.
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. 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 Fig. 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.
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.
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.
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.
Weiter zeigt Fig. 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.
Nicht näher erläuterte Bestandteile der Fig. 2 sind dabei analog zu Fig. 1 ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs, umfassend eine Vorderachse mit linkem Vorderrad (210) mit Reibungsbremse (214) und rechtem
Vorderrad (110) mit Reibungsbremse (1 14), mindestens eine Hinterachse mit linkem Hinterrad (120) mit Radantrieb (124) und rechtem Hinterrad (220) mit Radantrieb (224), wobei beide Radantriebe das
Fahrzeug antreiben oder regenerativ bremsen können, ein Steuergerät (500) der Fahrdynamik, das die Fahrdynamik des Fahrzeugs durch
Ansteuerung der Räder (1 10, 120, 210 und 220) regelt, mindestens eine Batterie zur Versorgung und zur Aufnahme von regenerativer
Energie der Radantriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (110, 120, 210, 220) auf einen ersten Regelkreis (100) und einen zweiten
Regelkreis (200) aufgeteilt sind, wobei der erste und der zweite Regelkreis jeweils ein rechtes (1 10 oder 220) und ein linkes
Rad (210 oder 120) umfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (100) das rechte Vorderrad (1 10) und das linke Hinterrad (120) und der zweite Regelkreis (200) das linke Vorderrad (210) und das rechte Hinterrad (220) umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (100) das linke Hinterrad (120) und das rechte Hinterrad (220) und der zweite Regelkreis (200) das linke Vorderrad (210) und das rechte Vorderrad (110) umfassen.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremsen (1 14, 214) von je einem Steuergerät (112, 212) und je einem Umrichter (1 13, 213) geregelt werden und/oder die Radantriebe (124, 224) von je einem Steuergerät (122, 222) und je einem Umrichter (123, 223) geregelt werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Pedalsensor (144) ein Signal des Bremspedals und mindestens ein zweiter Pedalsensor (145) ein Signal des Fahrpedals erfasst, in einem Steuergerät (140) verarbeitet und zur Regelung des ersten Regelkreises (100) verwendet.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Energie zum Betrieb der ersten und/oder zweiten Reibungsbremse (114, 214) aus der Batterie zur Aufnahme von regenerativer Bremsenergie entnommen wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radantriebe (124, 224) Radnabenantriebe sind und/oder die Reibungsbremsen (1 14, 214) elektromechanische Reibungsbremsen sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (100) eine erste Batterie (130) und der zweite Regelkreis (200) eine zweite Batterie (230, 250) umfasst, wobei die erste Batterie (130) und/oder die zweite Batterie (230, 250) regenerative Bremsenergie des ersten und/oder des zweiten Radantriebs (124, 224) aufnimmt und/oder Energie für die erste und/oder zweite Reibungsbremse (1 14, 214) zur Verfügung stellt.
9. Verfahren zur Regelung der Fahrdynamik eines Fahrzeugs, umfassend eine Vorderachse mit linkem Vorderrad (210) mit Reibungsbremse (214) und rechtem Vorderrad (110) mit Reibungsbremse (114), mindestens eine Hinterachse mit linkem Hinterrad (120) mit Radantrieb (124) und rechtem Hinterrad (220) mit Radantrieb (224), wobei beide Radantriebe das
Fahrzeug antreiben oder regenerativ bremsen können, ein Steuergerät (500) der Fahrdynamik, das die Fahrdynamik des Fahrzeugs durch
Ansteuerung der Räder (110, 120, 210 und 220) regelt, mindestens eine Batterie zur Versorgung und zur Aufnahme von regenerativer
Energie der Radantriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (1 10, 120, 210, 220) auf einen ersten Regelkreis (100) und einen zweiten
Regelkreis (200) aufgeteilt sind, wobei der erste und der zweite Regelkreis jeweils ein rechtes (1 10 oder 220) und ein linkes
Rad (210 oder 120) umfassen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (100) das rechte Vorderrad (110) und das linke Hinterrad (120) und der zweite Regelkreis (200) das linke Vorderrad (210) und das rechte Hinterrad (220) umfassen.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis (100) das linke Hinterrad (120) und das rechte Hinterrad (220) und der zweite Regelkreis (200) das linke Vorderrad (210) und das rechte Vorderrad (110) umfassen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremsen (114, 214) von je einem Steuergerät (112, 212) und je einem Umrichter (113, 213) geregelt werden und/oder die Radantriebe (124, 224) von je einem Steuergerät (122, 222) und je einem Umrichter (123, 223) geregelt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Pedalsensor (144) ein Signal des Bremspedals und mindestens ein zweiter Pedalsensor (145) ein Signal des Fahrpedals erfasst, in einem Steuergerät (140) verarbeitet und zur Regelung des ersten Regelkreises (100) verwendet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Energie zum Betrieb der ersten und/oder zweiten Reibungsbremse (114, 214) aus der Batterie zur Aufnahme von regenerativer Bremsenergie entnommen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Radantriebe (124, 224) Radnabenantriebe sind und/oder die Reibungsbremsen (114, 214) elektromechanische Reibungsbremsen sind.
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