DE102022205541A1

DE102022205541A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, Fahrzeug und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102022205541A1
Application number: DE102022205541.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Fries; Bruno Kerschgens; Markus Wichette; Peter Rockmann; Benjamin Cool
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-11-30
Also published as: EP4532284A1; WO2023232390A1

Abstract

Der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (210) mit zumindest einem Antrieb (211) eines Fahrzeuges (200), insbesondere eines Kraftfahrzeugs (300). Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Trajektorienplanung (100) des Fahrzeuges (200), wobei die Trajektorienplanung (100) dazu ausgeführt ist, zumindest Umfelddaten (110) oder eine Fahrsituationsdaten (120) des Fahrzeuges (200) zu berücksichtigen, um eine Bewegung (140) des Fahrzeuges (200) vorherzusagen, ein Ermitteln einer Momentenanforderung (150), welche die von einem Antriebssystem (210) bereitzustellenden Momente (160) und einen Startzeitpunkt (170) umfasst, zu dem die bereitzustellenden Momente (160) anliegen müssen, um die vorhergesagte Bewegung (140) des Fahrzeuges (200) zu ermöglichen, ein Festlegen eines Steuerzeitpunktes (180), zu dem zumindest ein Antrieb (211) des Antriebssystems (210) des Fahrzeuges (200) zumindest aktiviert oder deaktiviert wird, und ein Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest eines Antriebes (211) zu dem festgelegten Steuerzeitpunkt (180), wobei der festgelegte Steuerzeitpunkt (180) zeitlich vor dem Startzeitpunkt (170) der Momentenanforderung (150) liegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (200) und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, ein Fahrzeug, sowie eine Computerprogrammprodukt.
Die Anforderungen an Antriebssysteme von Fahrzeugen nehmen mit fortschreitender Entwicklung stetig zu. Insbesondere durch die sich vergrößernde Auswahl an Motoren wie Verbrennungsmotoren, Elektromotoren, Brennstoffzellen und Hybridmotoren stellt insbesondere die Steuerung des Antriebes eine Herausforderung dar.
Hinzu kommt die fortschreitende Automatisierung der Bewegung (auch Trajektorie genannt) des Fahrzeuges, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, welche ab dem Level 3 im Wesentlichen automatisch erfolgt, sodass die fahrende Person das Fahrzeug nicht dauernd aktiv überwachen muss.
Auch bei einem zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeug sollte der Fahrkomfort der beförderten Personen nicht eingeschränkt werden. Insbesondere sind laute Geräusche sowie plötzliche Bewegungen zu vermeiden.
Darüber hinaus ist es weiterhin zunehmend wichtig, dass die Fahrzeuge einen möglichst geringen Energieverbrauch und einen hohen Komfort aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, ein Fahrzeug sowie einen Computerprogrammprodukt bereitzustellen, bei dem der Energieverbrauch des Fahrzeuges, das Komfortempfinden der fahrenden und/oder der beförderten Personen verbessert und zudem kostengünstig herstellbar und betreibbar ist.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11, sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und/oder dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit zumindest einem Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, umfassend:

- ermitteln einer Trajektorienplanung des Fahrzeuges, wobei die Trajektorienplanung dazu ausgeführt ist, zumindest Umfelddaten oder Fahrsituationsdaten des Fahrzeuges zu berücksichtigen, um eine Bewegung des Fahrzeuges vorherzusagen, insbesondere durch eine Steuereinrichtung,
- ermitteln einer Momentenanforderung, welche die von einem Antriebssystem bereitzustellenden Momente und einen Startzeitpunkt umfasst, zu dem die bereitzustellenden Momente anliegen müssen, um die Bewegung des Fahrzeuges zu ermöglichen, insbesondere durch eine Steuereinrichtung,
- festlegen eines Steuerzeitpunktes, zu dem der zumindest ein Antrieb des Antriebssystems des Fahrzeuges zumindest aktiviert oder deaktiviert wird, insbesondere durch eine Steuereinrichtung,
- aktivieren oder deaktivieren des zumindest eines Antriebes zu dem Steuerzeitpunkt, insbesondere durch eine Steuereinrichtung,

Unter einem Antriebssystem im Sinne der Erfindung soll ein System aufgefasst werden, welches dazu ausgeführt ist, auf Abruf eine Kraft und/oder ein Drehmoment, insbesondere an einem Rad des Fahrzeuges, bereitzustellen.
Ein Antrieb im Sinne der Erfindung ist ein räumlicher Gegenstand, welcher die Mittel umfasst, eine Kraft und/oder ein Drehmoment, insbesondere auf ein Rad des Fahrzeuges, zu übertragen. Es kann vorgesehen sein, dass der Antrieb einen Motor umfasst, welcher im Folgenden noch näher erläutert wird.
Bei dem Fahrzeug kann es sich prinzipiell um jedwedes Fortbewegungsmittel, insbesondere um ein Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug handeln. Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Kraftfahrzeug (also als ein durch einen Motor angetriebenes, nicht an Schienen gebundenes Fahrzeug), insbesondere als Lastkraft- oder Personenkraftfahrzeug ausgeführt ist.
Eine erfindungsgemäße Trajektorienplanung ist mit anderen Worten eine, insbesondere kurzfristige Ermittlung der zukünftigen Bewegung des Fahrzeuges. Beispielsweise kann die Trajektorienplanung als ein Datensatz von vierdimensionalen Vektoren ausgeführt sein, welche neben drei Raumkoordinaten noch eine Zeitkoordinate umfassen. Es sind jedoch auch andere, beispielsweise parametrische Formen der Trajektorienplanung denkbar.
Unter Umfelddaten im Sinne der Erfindung sollen Daten verstanden werden, welche spezifisch für das Umfeld des Fahrzeuges sind. Spezifisch für das Umfeld des Fahrzeug bedeutet, dass das Umfeld diese Daten kausal determiniert. Dabei kann es sich um physikalische Daten wie die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Umgebungsdruck etc. oder auch um geltende Regeln, beispielsweise eine Vorgabe für die zulässige Höchstgeschwindigkeit, ein zulässiges Gewicht, zulässige Fahrzeugdimensionen etc. handeln.
Bei Fahrsituationsdaten im Sinne der Erfindung soll es sich erfindungsgemäß hingegen um solche Daten handeln, welche spezifisch zum Fahrzeug selbst sind. Beispielsweise eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges, eine Drehgeschwindigkeit eines Rades, eines Luftdrucks eines Reifens etc. Die Fahrzeugdaten können ebenfalls eine Vorgabe der fahrenden Person umfassen. Diese Vorgabe kann zumindest durch die Stellung von einem Gaspedal, einem Bremspedal oder einem Lenkrad erfasst werden.
Ferner können auch KI-bewertete Prädiktionen, insbesondere KI-ausgewertete Ego-FahrzeugDaten, welche prädizierte Beschleunigungsverläufe liefern, bei der Ermittlung der Trajektorienplanung berücksichtigt werden. Dies bietet den Vorteil, dass eine besonders genaue Vorhersage der Bewegung des Fahrzeugs ermöglicht wird und damit auch das Festlegen des Steuerzeitpunkts und des Startzeitpunkts besonders präzise erfolgen kann, sodass der Komfort und der Verbrauch des Fahrzeuges verbessert werden.
Unter der Bewegung des Fahrzeuges soll prinzipiell jedwede Veränderung der Position im Raum verstanden werden. Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass, insbesondere bei Landfahrzeugen, die Bewegung einer Bewegung in der Ebene der Längs- und Querachse des Fahrzeuges (mit anderen Worten keine Höhenänderung) entspricht. Hierdurch lassen sich gegenüber einer zusätzlichen Berücksichtigung der Höhe Rechenleistung und damit Herstell- und Betriebskosten sparen.
Eine Momentenanforderung im Sinne der Erfindung stellt eine Zusammenstellung von Steuerungsdaten dar, welche dazu geeignet sind, bei entsprechender Umsetzung durch das Antriebssystem das Fahrzeug in die durch die Trajektorienplanung vorhergesagte Bewegung zu versetzen.
Mit bereitzustellenden Momenten ist im Sinne der Erfindung zumindest ein, je nach Ausgestaltung des Antriebssystems auch mehrere Momente, gemeint, welche für die durch die Trajektorienplanung vorhergesagte Bewegung anliegen müssen, um die Bewegung zu erreichen. Es kann sich bei den Momenten insbesondere um Drehmomente handeln. Diese Drehmomente können an einem oder mehreren Rädern eines Kraftfahrzeuges anliegen. Es kann vorgesehen sein, dass ein einzelner Wert vorgesehen ist. Alternativ oder in Ergänzung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die bereitzustellenden Momenten eine Sequenz und/oder einen Verlauf von Momenten umfassen.
Unter einem Startzeitpunkt im Sinne der Erfindung ist eine Zeitangabe für eine Aktion in Relation zu einer Zeitmessung zu verstehen. Zusammen mit den bereitzustellenden Momenten ergibt sich gemäß der Trajektorienplanung beim Anlegen der bereitzustellenden Momenten zum Startzeitpunkt die vorhergesagte Bewegung.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Momentenanforderung einen Endzeitpunkt und/oder eine Anforderungsdauer umfasst, zu dem die bereitzustellenden Momente anliegen müssen, um die Bewegung des Fahrzeuges zu ermöglichen.
Der Steuerzeitpunkt im Sinne der Erfindung ist eine Zeitangabe für eine Aktion in Relation zu einer Zeitmessung, insbesondere zu einem weiteren Zeitpunkt. Die zum Steuerzeitpunkt ausgeführte Aktion kann zumindest das Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest einen Antriebes sein.
Unter Aktivieren sind zumindest Vorbereitungen zu verstehen, welche notwendig sind, damit nachfolgend die Bereitstellung der Momente erfolgen kann. Je nach Antriebs können sich die Vorbereitungen unterscheiden. Bei den Vorbereitungen kann es sich, insbesondere bei einem elektrisch betriebenen Antrieb, um das Anlegen eines Erregerfeldes handeln. Die Vorbereitungen können ebenfalls eine Drehzahlanpassung umfassen, wodurch der Antrieb auf einen Kupplungsvorgang vorbereitet wird. Das Aktivieren kann ferner auch einen Einkuppelvorgang umfassen.
Unter Deaktivieren sind zumindest Vorbereitungen zu verstehen, welche notwendig sind, damit nachfolgend das Herausrampen der Momente erfolgen kann, wobei sich die Vorbereitungen je nach Antriebstyp unterscheiden können. Bei den Vorbereitungen kann es sich, insbesondere bei einem elektrisch betriebenen Antrieb, um das Abschalten eines Erregerfeldes handeln. Das Deaktivieren kann ferner auch einen Auskuppelvorgang umfassen.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Verfahren das Anlegen der bereitzustellenden Momente zum Startzeitpunkt umfasst. Dadurch wird die Bewegung des Fahrzeuges entsprechend der Trajektorienplanung ermöglicht.
Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Vorteil erreicht, dass die Planung der Trajektorie es erlaubt, das Antriebssystem rechtzeitig zu aktivieren, sodass bei Eintritt der Momentenanforderung an das Antriebssystem dieses bereits aktiviert ist. Die Vorhersage verhindert eine unnötig frühe Aktivierung des Antriebs, sowie ein unkomfortables, spätes Ankoppeln und zu häufige Wechsel des Aktivierungsstatus. Auch eine frühzeitige Deaktivierung wird ermöglicht, sodass Energie eingespart werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine optimale Spreizung hinsichtlich Effizienz, Fahrkomfort und Ansprechverhalten erreicht.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass bei der Aktivierung ein mechanisches Vorspannen zumindest des Antriebes oder des Antriebssystems erfolgt, wobei insbesondere die mechanische Vorspannung einer erwarteten Elastizität zumindest des Antriebssystems oder des Antriebes entspricht.
Mit anderen Worten kann die Aktivierung auch eine, insbesondere vollständige, Reduktion von anwendungsbedingten Bewegungsfreiräumen (auch Lose genannt), in dem sich ein mechanisches Bauteil während des Betriebs gegen ein anderes oder mit einem anderen Bauteil frei bewegen kann, umfassen.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass zum einen die Ansprechdauer zum Startzeitpunkt reduziert wird. Zum anderen werden auch Geräusche und/ oder Lastschläge reduziert, welche entstehen würden, wenn die bereitzustellenden Momente direkt ohne Vorspannen des Antriebs vom Antrieb bereit gestellt wird.
Das zu erwartende Spiel kann zumindest durch eine Spielmessung oder ein Modell ermittelt werden. Insbesondre können die jeweiligen Positionen der mechanischen Bauteile des Antriebs ermittelt werden, um das Spiel vorherzusagen und entsprechend durch Vorspannen zu überwinden. Alternativ oder in Ergänzung kann auch vorgesehen sein, die Vorspannung bis zu einem vorbestimmten Grenzwert aufzubauen. Durch die genannten Varianten lässt sich das Spiel der Komponenten besonders genau reduzieren.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass das Antriebssystem zumindest pro einer Achse des Fahrzeuges oder pro eines Rades des Fahrzeuges einen separaten Antrieb aufweist, wobei das Aktivieren oder Deaktivieren Antriebes zumindest separat pro Achse oder pro Rad erfolgt.
Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Aktivierung und/oder Deaktivierung nicht für das Antriebssystem insgesamt, sondern auch Achs- oder Radweise erfolgen kann, falls mehrere Antriebe vorgesehen sind. Durch die individuelle Regelung einer Achse bzw. eines Rades lässt sich die Bewegung des Fahrzeuges besser und genauer entsprechend der Trajektorienplanung bereitstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Antriebssystem insgesamt einen Antrieb oder einen Antrieb pro Achse umfasst, wobei die Antriebe der einzelnen Achsen unabhängig voneinander sind. Gegenüber eines Einzelradantriebes wird der Vorteil erreicht, dass Kosten und die Masse der Räder reduziert werden. Durch letztes lässt sich auch das Fahrverhalten des Fahrzeuges verbessern.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Deaktivierung des zumindest einen Antriebes derart erfolgt, dass der zumindest eine Antrieb im deaktivierten Zustand im Wesentlichen keine Energie verbraucht. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass bei der Deaktivierung die Energiezufuhr des zumindest einen Antriebs unterbrochen wird. Hierdurch lässt sich der Vorteil erreichen, dass die Betriebskosten des Fahrzeuges reduziert werden. Bei einem elektrischen Antrieb kann vorgesehen sein, dass das Erregerfeld eines Elektromotors bei der Deaktivierung komplett abgeschaltet wird. Hierdurch wird ebenfalls Energie eingespart.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Steuerzeitpunkt zeitlich in einem Bereich zwischen 10 ms und 1000 ms, insbesondere in einem Bereich zwischen 500 ms und 1000 ms vor dem Startzeitpunkt liegt. Ein derartiger zeitlicher Versatz des Steuerungs- und Startzeitpunktes bietet den Vorteil, dass insbesondere der Fahrkomfort für die im Fahrzeug befindlichen Personen erhöht wird, da das Ansprechen des Antriebssystems in diesem Zeitfenster „versteckt“ wird, also keine Geräusche oder Ruckeln des Fahrzeuges wahrnehmbar sind.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die zumindest die Aktivierung oder Deaktivierung des Antriebes hysteresefrei erfolgt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Verfahren keine zeitliche Sperre für eine erneute Aktivierung oder Deaktivierung des Antriebes vorsieht. Durch Hysteresen kann es dazu kommen, dass die Momenten nicht wie normalerweise angefordert anliegen, was von der fahrenden Person als träges Ansprechverhalten wahrgenommen wird.
Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der zumindest eine Antrieb einen Motor aufweist, welcher insbesondere als Elektromotor ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann der zumindest eine Antrieb eine Kraftmaschine aufweisen, welche dazu ausgeführt ist, die für die Momente nötige Kraft bereitzustellen. Insbesondere kann pro Antrieb jeweils ein Motor vorgesehen sein, wodurch die Kraft und damit die Momente besonders gut steuerbar sind. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das gesamte System einen einzigen Motor oder einen Motor pro Achse aufweist. Dies bietet gegenüber Varianten mit weiteren Motoren den Vorteil, dass ein entsprechendes Fahrzeug kostengünstiger herstell- und betreibbar ist.
Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zumindest die Umfelddaten zumindest einen Abstand zu einem weiteren Fahrzeug oder einer Fahrbahnbegrenzung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung, eine Vorfahrtsregelung oder einen Fahrbahnzustand umfassen, oder die Fahrsituationsdaten zumindest eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges, eine Drehgeschwindigkeit eines Rades, einen Status der Bremsen oder eine Spannung einer Fahrzeugbatterie umfasst.
Mit anderen Worten können die Umfelddaten eine Reihe von Daten umfassen, welche durch das Umfeld des Fahrzeuges kausal determiniert sind. Bei den Fahrzeugdaten kann es sich um Daten handeln welche durch das Fahrzeug selbst und/oder den Wünschen der im Fahrzeug befindlichen Personen bestimmt sind. Die Berücksichtigung der genannten Daten bietet den Vorteil, dass die Trajektorienplanung besonders genau ist, wodurch die Bewegung des Fahrzeuges ebenfalls entsprechend der Momentenanforderung gemäß der Trajektorienplanung gewährleistet werden kann. Für die im Fahrzeug befindlichen Personen ergibt sich hierdurch ein besonders hoher Fahrkomfort.
Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zur Erkennung zumindest der Umfelddaten oder der Fahrsituationsdaten ein Sensorsystem mit zumindest einem Umfeldsensor oder einem Fahrsituationssensor vorgesehen ist.
Mit andern Worten können die bei der Trajektorienplanung berücksichtigten Daten direkt von am Fahrzeug vorgesehenen Sensoren erfasst werden. Dies bietet den Vorteil, dass das Fahrzeug auch ohne eine Verbindung zu einem Server eine zuverlässige Trajektorienplanung gewährleisten kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest die Umfelddaten oder die Fahrsituationsdaten zumindest teilweise von Sensoren außerhalb des Fahrzeuges, insbesondere von weiteren Fahrzeugen, einem Server, oder Verkehrsinfrastrukturpunkten bereitgestellt werden. Durch die Ergänzung der entsprechenden Daten kann die Trajektorienplanung weiter verbessert werden, sodass sich insgesamt ein verbesserter Fahrkomfort ergibt.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgeführt ist, zumindest das Ermitteln einer Trajektorienplanung, das Ermitteln einer Momentenanforderung, das Festlegen eines Steuerzeitpunktes oder das Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest eines Antriebes zu dem Steuerzeitpunkt, auszuführen, wobei insbesondere die Steuereinrichtung, insbesondere drahtgebunden, zumindest mit dem Antriebssystem, dem Antrieb oder dem Sensorsystem verbunden ist.
Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Steuerung übernommen werden. Die Steuerung kann insbesondere als zentrale Recheneinheit ausgeführt sein. Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Steuerung neben dem Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems noch weitere Rechenaufgaben für den Betrieb des Fahrzeugs übernimmt, wodurch Kosten eingespart werden können. Durch die drahtgebundene Verbindung zwischen Steuereinrichtung und Antriebssystem, dem Antrieb oder dem Sensorsystem wird zudem eine besonders sichere Datenübertragung gewährleistet. In Ergänzung kann eine insbesondere drahtlose Verbindung der Steuereinrichtung mit weiteren Fahrzeugen, einem Server, oder Verkehrsinfrastrukturpunkten bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, welches ein Antriebssystems aufweist, welches dazu ausgeführt ist, nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, umfassend Befehle, die bewirken, dass eine Steuereinrichtung, insbesondere eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung, ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
Somit bringt ein erfindungsgemäßer Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßen Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Fahrzeug beschrieben worden sind. Bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems kann es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren handeln.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1: eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2: eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Momente, und
3: eine Darstellung eines Fahrzeuges, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist.

In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems 210 mit zumindest einem Antrieb 211 eines Fahrzeuges 200, insbesondere eines Kraftfahrzeuges 300. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Trajektorienplanung 100 des Fahrzeuges 200, wobei die Trajektorienplanung 100 dazu ausgeführt ist, zumindest Umfelddaten 110 oder eine Fahrsituationsdaten 120 des Fahrzeuges 200 zu berücksichtigen, um eine Bewegung 140 des Fahrzeuges 200 vorherzusagen, das Ermitteln einer Momentenanforderung 150, welche die von einem Antriebssystem 210 bereitzustellenden Momente 160 und einen Startzeitpunkt 170 umfasst, zu dem die bereitzustellenden Momente 160 anliegen müssen, um die Bewegung 140 des Fahrzeuges 200 zu ermöglichen, das Festlegen eines Steuerzeitpunktes 180, zu dem der zumindest ein Antrieb 211 des Antriebssystems 210 des Fahrzeuges 200 zumindest aktiviert oder deaktiviert wird, sowie das Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest eines Antriebes 211 zu dem Steuerzeitpunkt 180, wobei der Steuerzeitpunkt 180 zeitlich vor dem Startzeitpunkt 170 der Momentenanforderung 150 liegt.
Bei einem Fahrzeug 200 mit einer oder mehreren unabhängig voneinander antreibbaren Achsen 240 kann somit auf Basis der Trajektorienplanung 100 entschieden werden, wann welcher Antrieb 211 aktiviert sein soll. Dabei kann es sich sowohl um rein elektrisch angetriebene Achsen 240 als auch um hybridisch angetriebene Achsen 240 handeln.
Die Aktivierung und Deaktivierung eines Antriebs 211 kann mechanisch (z.B. Schließen/Öffnen einer Kupplung) oder auf andere Weise (z.B. Aufbau/Abbau eines Erregerfeldes) erfolgen.
Die Trajektorienplanung 100 liefert auf Basis der Umfelddaten 110, Fahrsituationsdaten 120 und ggf. weiteren Eingangsgrößen eine kurzfristige Vorhersage zur Bewegung, insbesondere zur Längs- und/oder Querbewegung des Fahrzeugs 200. Auf Basis dieser Trajektorienplanung 100 wird die Entscheidung über Aktivierung/Deaktivierung einer oder mehrerer Antriebe 211 ermittelt. Dabei erlaubt die Vorhersage, den Antrieb 211 rechtzeitig zu aktivieren, sodass bei Eintritt der Momentenanforderung 150 an den Antrieb 211 dieser bereits aktiviert ist. Die Vorhersage verhindert eine unnötig frühe Aktivierung des Antriebs 211 und zu häufige Wechsel des Aktivierungsstatus. Dadurch wird eine optimale Spreizung hinsichtlich Effizienz, Fahrkomfort und Ansprechverhalten erreicht.
Die Umfelddaten 110 können zumindest einen Abstand zu einem weiteren Fahrzeug oder einer Fahrbahnbegrenzung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung, eine Vorfahrtsregelung oder einen Fahrbahnzustand umfassen, oder die Fahrsituationsdaten 120 zumindest eine Trajektorienplanung 100 Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges 200, eine Drehgeschwindigkeit eines Rades 230, einen Status der Bremsen oder eine Spannung einer Fahrzeugbatterie umfassen.
Wie in der 1 zu sehen ist, können neben den Umfelddaten 110 und Fahrsituationsdaten 120 noch weitere Daten, insbesondere eine Fahreranforderung 130 mit bei der Trajektorienplanung 100 berücksichtigt werden.
Die Deaktivierung des zumindest einen Antriebes 211 kann derart erfolgen, dass der zumindest eine Antrieb 211 im deaktivierten Zustand im Wesentlichen keine Energie verbraucht.
Zumindest die Aktivierung oder Deaktivierung des Antriebes 211 kann ferner hysteresefrei erfolgen.
Wie sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems 210 auf die bereitgestellten Momente auswirkt, ist in der 2 veranschaulicht. Nachdem die Trajektorienplanung 100 abgeschlossen ist, stehen sowohl der Startzeitpunkt 170 als auch der Steuerzeitpunkt 180 fest, wobei der Steuerzeitpunkt 180 immer vor dem Startzeitpunkt 170 liegt. Bevor also die bereitzustellenden Momente 160 anliegen, wird zunächst eine Aktivierung des zumindest eines Antriebes 211 zu dem Steuerzeitpunkt 180 durchgeführt.
Bei der Aktivierung kann ein mechanisches Vorspannen zumindest des Antriebes 211 oder des Antriebssystems 210 erfolgen, wobei insbesondere die mechanische Vorspannung den Elastizitäten 190 zumindest des Antriebssystems 210 oder des Antriebes 211 entspricht. Dies ist auch in dem gezeigten Beispiel in 2 der Fall. Dabei ist hier das Verhältnis von Spiel und bereitgestelltem Moment sehr klein. In der Regel ist zur Überwindung des Spiels nur ein kleines Moment notwendig. Jedoch wird der wahrnehmbare Effekt für den Komfort der Fahrzeuginsassen umso größer, je geringer der Unterschied zwischen dem Spiel 190 und dem Moment 160 ist.
Mit anderen Worten ermöglicht die Verwendung der Trajektorienplanung 100 ein gezieltes Vorspannen des Antriebe 211, um Triebstranglose schon vor Beginn eines Beschleunigungsvorgangs zu überwinden. Dadurch wird das Ansprechverhalten des Triebstrangs weiter verbessert.
Dabei muss weder die Bereitstellung der Momente 160 noch die Aktivierung oder Deaktivierung wie im gezeigten Beispiel stufenförmig verlaufen. Es können auch andere Funktionen, insbesondere linear approximierbare (also differenzierbare) Funktionen vorgesehen sein. Dadurch ergibt sich für die Fahrzeuginsassen ein noch sanfterer Übergang.
In der 3 ist schematisch ein Fahrzeug 200, insbesondere Kraftfahrzeug 300, dargestellt, welches ein Antriebssystems 210 aufweist, welches dazu ausgeführt ist, nach einem erfindungsgemäßen Verfahren der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu können.
Das Antriebssystem 210 zumindest pro einer Achse 240 des Fahrzeuges 200 oder pro eines Rades 230 des Fahrzeuges 200 einen separaten Antrieb 211 aufweist, wobei das Aktivieren oder Deaktivieren Antriebes 211 zumindest separat pro Achse 240 oder pro Rad 230 erfolgt.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der zumindest eine Antrieb 211 einen Motor 212 aufweist, welcher insbesondere als Elektromotor ausgeführt ist. Die Motoren 212 können wie im gezeigten Beispiel der 3 direkt mit dem Antrieb 211, z.B. an einem Rad 230 des Fahrzeuges gekoppelt oder über ein Getriebe mit einem, insbesondere als Achsantrieb ausgeführten, Antrieb 211 gekoppelt sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Erkennung zumindest der Umfelddaten 110 oder der Fahrsituationsdaten 120 ein Sensorsystem 260 mit zumindest einem Umfeldsensor 261 oder einem Fahrsituationssensor 262 vorgesehen ist. Dabei kann insbesondere der Umfeldsensor 261 zumindest als ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor, ein Lidar-Sensor oder eine Kamera ausgebildet sein. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Fahrsituationssensor 262 zumindest als ein GPS-Sensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Beschleunigungssensor, ein Stellsensor oder ein Spannungssensor ausgebildet ist.
Wie ebenfalls in der 3 dargestellt ist, kann eine Steuereinrichtung 220 vorgesehen sein, welche dazu ausgeführt ist, zumindest das Ermitteln einer Trajektorienplanung 100, das Ermitteln einer Momentenanforderung 150, das Festlegen eines Steuerzeitpunktes 180 oder das Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest eines Antriebes 211 zu dem Steuerzeitpunkt 180, auszuführen, wobei insbesondere die Steuereinrichtung 220 drahtgebunden zumindest mit dem Antriebssystem 210, dem Antrieb 211 oder dem Sensorsystem 260 verbunden ist. Ferner kann die Steuereinrichtung 220 auch mit einer Fahrerwunscheingabe 270 verbunden sein. Die Fahrerwunscheingabe 270 kann insbesondere zumindest ein Gas-, Brems- oder Kupplungspedal, ein Lenkrad oder weitere denkbare Eingabeinstrumente umfassen.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Trajektorienplanung
110: Umfelddaten
120: Fahrsituationsdaten
130: Fahreranforderung
140: Bewegung
150: Momentenanforderung
160: Momente
170: Startzeitpunkt
180: Steuerzeitpunkt
190: Elastizität
200: Fahrzeug
210: Antriebssystem
211: Antrieb
212: Motor
220: Steuereinrichtung
230: Rad
240: Achse
250: Signalverbindung
260: Sensorsystem
261: Umfeldsensor
262: Fahrsituationssensor
270: Fahrerwunscheingabe
300: Kraftfahrzeug

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (210) mit zumindest einem Antrieb (211) eines Fahrzeuges (200), insbesondere eines Kraftfahrzeuges (300), umfassend: - ermitteln einer Trajektorienplanung (100) des Fahrzeuges (200), wobei die Trajektorienplanung (100) dazu ausgeführt ist, zumindest Umfelddaten (110) oder Fahrsituationsdaten (120) des Fahrzeuges (200) zu berücksichtigen, um eine Bewegung (140) des Fahrzeuges (200) vorherzusagen, - ermitteln einer Momentenanforderung (150), welche die von einem Antriebssystem (210) bereitzustellenden Momente (160) und einen Startzeitpunkt (170) umfasst, zu dem die bereitzustellenden Momente (160) anliegen müssen, um die Bewegung (140) des Fahrzeuges (200) zu ermöglichen, - festlegen eines Steuerzeitpunktes (180), zu dem der zumindest ein Antrieb (211) des Antriebssystems (210) des Fahrzeuges (200) zumindest aktiviert oder deaktiviert wird, - aktivieren oder deaktivieren des zumindest eines Antriebes (211) zu dem Steuerzeitpunkt (180), wobei der Steuerzeitpunkt (180) zeitlich vor dem Startzeitpunkt (170) der Momentenanforderung (150) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aktivierung ein mechanisches Vorspannen zumindest des Antriebes (211) oder des Antriebssystems (210) erfolgt, wobei insbesondere die mechanische Vorspannung einer Elastizität (190) zumindest des Antriebssystems (210) oder des Antriebes (211) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, wobei das Antriebssystem (210) zumindest pro einer Achse (240) des Fahrzeuges (200) oder pro eines Rades (230) des Fahrzeuges (200) einen separaten Antrieb (211) aufweist, wobei das Aktivieren oder Deaktivieren Antriebes (211) zumindest separat pro Achse (240) oder pro Rad (230) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deaktivierung des zumindest einen Antriebes (211) derart erfolgt, dass der zumindest eine Antrieb (211) im deaktivierten Zustand im Wesentlichen keine Energie verbraucht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzeitpunkt (180) zeitlich in einem Bereich zwischen 10 ms und 1000 ms, insbesondere in einem Bereich zwischen 500 ms und 1000 ms vor dem Startzeitpunkt (170) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest die Aktivierung oder Deaktivierung des Antriebes (211) hysteresefrei erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Antrieb (211) einen Motor (212) aufweist, welcher insbesondere als Elektromotor ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Umfelddaten (110) zumindest einen Abstand zu einem weiteren Fahrzeug oder einer Fahrbahnbegrenzung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung, eine Vorfahrtsregelung oder einen Fahrbahnzustand umfassen, oder die Fahrsituationsdaten (120) zumindest eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges (200), eine Drehgeschwindigkeit eines Rades (230), einen Status der Bremsen oder eine Spannung einer Fahrzeugbatterie umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung zumindest der Umfelddaten (110) oder der Fahrsituationsdaten (120) ein Sensorsystem (260) mit zumindest einem Umfeldsensor (261) oder einem Fahrsituationssensor (262) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (220) vorgesehen ist, welche dazu ausgeführt ist, zumindest das Ermitteln einer Trajektorienplanung (100), das Ermitteln einer Momentenanforderung (150), das Festlegen eines Steuerzeitpunktes (180) oder das Aktivieren oder Deaktivieren des zumindest eines Antriebes (211) zu dem Steuerzeitpunkt (180), auszuführen, wobei insbesondere die Steuereinrichtung (220) drahtgebunden zumindest mit dem Antriebssystem (210), dem Antrieb (211) oder dem Sensorsystem (260) verbunden ist.
Fahrzeug (200), insbesondere Kraftfahrzeug (300), welches ein Antriebssystems (210) aufweist, welches dazu ausgeführt ist, nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass eine Steuereinrichtung (220), insbesondere nach Anspruch 10, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt.