AT521277A4 - Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs und eines Fahrbahngradienten aus dem Luftdruck - Google Patents

Abstract

Um eine genaue Ermittlung der Höhenlage eines Fahrzeugs aus dem gemessenen Luftdruck über einen großen Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die aus dem Luftdruck berechnete Höhe (hp) mit einem Korrekturterm (K) als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) an der Fahrzeugposition und zumindest eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameters (Pv(v)) korrigiert wird, um eine korrigierte Höhe (hcomp) des Fahrzeugs (1) zu ermitteln.

Description

Zusammenfassung

Um eine genaue Ermittlung der Höhenlage eines Fahrzeugs aus dem gemessenen Luftdruck über einen großen Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die aus dem Luftdruck berechnete Höhe (h_p) mit einem Korrekturterm (K) als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) an der Fahrzeugposition und zumindest eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameters (P_v(v)) korrigiert wird, um eine korrigierte Höhe (h_comp) des Fahrzeugs (1) zu ermitteln.

Fig. 1 , -121 / 16

AV-3997 AT

Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs und eines Fahrbahngradienten aus dem Luftdruck

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs aus Messwerten des Luftdrucks entlang einer Fahrstrecke des Fahrzeugs, wobei die Höhe des Fahrzeugs an einer bestimmten Fahrzeugposition der Fahrstrecke mit einer vorgegebenen Höhenformel aus dem Luftdruck berechnet wird, sowie die Verwendung der derart berechneten Höhe zur Ermittlung eines Fahrbahngradienten der Fahrstrecke und zur Durchführung eines Prüfversuchs auf einem Prüfstand, wobei der zeitliche Verlauf des ermittelten Fahrbahngradienten zur Steuerung des Prüfversuchs verwendet wird.

Für die Entwicklung oder Überprüfung von Fahrzeugen und Komponenten von Fahrzeugen, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, Antriebsaggregate (z.B. Hybridantriebe), Antriebsstränge, Getrieben, Energieversorgungen, usw., werden üblicherweise Prüfversuche auf Prüfständen verwendet. Dabei ist der Prüfling (Fahrzeug oder Komponente des Fahrzeugs) am Prüfstand aufgebaut und wird bestimmten Lastzuständen unterworfen. Die Last für den Prüfling kann am Prüfstand von einer Belastungsmaschine, wie beispielsweise ein Dynamometer, ein Batterietester, etc., erzeugt werden, die mit dem Prüfling am Prüfstand verbunden ist. Für die Durchführung des Prüfversuchs werden der Prüfling und die Belastungsmaschine nach den Vorgaben eines Prüflaufs gesteuert. Ein Prüflauf ist üblicherweise ein zeitlicher Verlauf zumindest einer Größe, die den Betriebszustand des Prüflings beeinflusst. Ein solcher zeitlicher Verlauf kann direkt verwendet werden, um den Prüfling und/oder die Belastungsmaschine am Prüfstand zu steuern. Beispielsweise können eine Motordrehzahl und ein Motormoment eines Verbrennungsmotors als Prüfling oder Teil eines Prüflings (z.B. Antriebsstrang) als zeitlicher Verlauf als Prüflauf vorgegeben sein. Diese können dann am Prüfstand genutzt werden, um den Verbrennungsmotor zu steuern, beispielsweise zum Einstellen der Motordrehzahl, und um die Belastungsmaschine zu steuern, beispielsweise zum Einstellen des Motormoments. Es ist aber auch bekannt, den zeitlichen Verlauf einer solchen Größe am Prüfstand in einer Simulation zu verwenden, um mit der Simulation Sollwerte oder Stellgrößen für den Prüfling und/oder eine Belastungsmaschine zu berechnen, die dann am Prüfstand eingestellt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Simulation einer virtuellen Fahrt eines Fahrzeugs mittels eines Simulationsmodells entlang einer virtuellen Fahrtstrecke, wobei die Simulation den Gradienten der Fahrstrecke und eine Fahrzeuggeschwindigkeit als zeitlicher Verlauf erhält und daraus eine Stellgröße für einen Verbrennungsmotor als Prüfling, beispielsweise eine Fahrpedalstellung, und einen Sollwert für die Belastungsmaschine, beispielsweise ein Lastmoment, berechnet. Ein derartiges Simulationsmodell besteht bekanntermaßen in der Regel aus mehreren zusammenwirkenden Teilmodellen, wie einem Fahrzeugmodell, einem Straßenmodell, einem Reifenmodell, einem Fahrermodell, usw.

/ 1(5

AV-3997 AT

Das Ziel der Durchführung der Prüfversuche am Prüfstand ist eine bestmögliche Annäherung an eine reale Fahrt mit dem Fahrzeug auf einer realen Strecke. Das wird zum Teil auch durch eine sich ändernde Gesetzgebung hinsichtlich des Emissions- und Verbrauchsverhaltens von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren getrieben, da häufig der Nachweis der Einhaltung von Emissions- und Verbrauchswerten unter realen Bedingungen gefordert werden.

Die benötigten zeitlichen Verläufe für den Prüflauf werden daher häufig aus realen Testfahrten mit einem Fahrzeug gewonnen. Hierfür wird mit einem Fahrzeug eine gewisse Strecke abgefahren und es werden dabei Messgrößen aufgezeichnet, aus denen dann die zeitlichen Verläufe abgeleitet werden. Beispielsweise werden während einer solchen realen Testfahrt die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Straßenneigung und Straßensteigung, die Geometrie der Straße (z.B. Kurven), usw. erfasst. Aus den aufgezeichneten Messgrößen wird dann der Prüflauf für die Durchführung des Prüfversuchs erzeugt.

Die Höhenermittlung aus GPS (Globales Positionsbestimmungssystem) Daten wäre an sich ausreichend genau, unterliegt aber der Problematik, dass es nicht an allen Stellen der Fahrstrecke zuverlässige GPS Daten geben muss, beispielsweise weil keine (z.B. Tunnel) oder zu wenige (z.B. in einer Stadt mit hohen Gebäuden oder in engen Bergtälern) Satelliten verfügbar sind, weshalb aus GPS Daten unter Umständen nicht für die gesamte Fahrtstrecke eine zuverlässige Höhe ermittelt werden kann. Daher wird die Höhe oftmals aus dem Luftdruck ermittelt.

Die JP 2001 108 580 A1 beschreibt beispielsweise, dass eine Höhe und daraus eine Steigung der Fahrbahn (Fahrbahngradient) über den sich ändernden Luftdruck in der Umgebung des Fahrzeugs während der Testfahrt ermittelt werden. Dazu wird zuerst mit einer vorgegebenen Formel aus dem Druck die Höhenlage des Fahrzeugs ermittelt und über die Ableitung der Höhenlage über den zurückgelegten Weg der Fahrbahngradient. Der Verlauf des Fahrbahngradienten wird dann am Prüfstand verwendet, um eine Last für den Prüfling zur Durchführung des Prüfversuchs abzuleiten.

Die EP 2 988 095 A1 beschreibt wiederum, dass die Höhenlage des Fahrzeugs während der Testfahrt auch aus GPS Daten abgeleitet werden kann. Um in Streckenabschnitten, in denen keine oder keine zuverlässigen (z.B. weil zu wenige Satelliten verfügbar sind) GPS Daten vorhanden sind, eine Höhe zu berechnen, wird in solchen Streckenabschnitten auf die Höhenermittlung über den Luftdruck zurückgegriffen.

Die JP H9159447 A2 beschreibt, dass die Ermittlung der Höhe aus dem Luftdruck fehleranfällig ist und insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflusst wird. Es wird daher vorgeschlagen, die ermittelte Höhe mit einem geschwindigkeitsabhängigen Term zu korrigieren, um die Genauigkeit der Höhenermittlung zu erhöhen. Dazu ist eine Korrekturkurve vorgegeben, aus der der Korrekturterm in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit entnommen / 162

AV-3997 AT wird. Der Korrekturterm ist damit nur von der Geschwindigkeit abhängig, wodurch eine gute

Korrektur über einen größeren Geschwindigkeitsbereich, wie bei einem Fahrzeug üblich, nur unzureichend möglich ist.

Es ist die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine genaue Ermittlung der Höhenlage eines Fahrzeugs aus dem gemessenen Luftdruck über einen großen Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die aus dem Luftdruck berechnete Höhe mit einem Korrekturterm als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit an der Fahrzeugposition und eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameters korrigiert wird, um eine korrigierte Höhe des Fahrzeugs zu ermitteln. Über den zumindest einen zusätzlichen geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameter kann nun darauf Rücksicht genommen werden, dass die Ungenauigkeit in der Ermittlung der Höhe aus dem Luftdruck stark von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Durch diesen zusätzlichen Korrekturparameter und den funktionalen Zusammenhang können nun bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten unterschiedliche Korrekturen vorgenommen werden und der Korrekturparameter kann in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen verschiedene Werte annehmen. Damit kann die Genauigkeit der Höhenberechnung aus dem Luftdruck deutlich verbessert werden.

Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, kann der zumindest eine Korrekturparameter für verschiedene Bereiche der Fahrzeuggeschwindigkeit vorzugsweise verschiedene Werte aufweisen. Auf diese Wiese kann der Einfluss der Fahrzeuggeschwindigkeit noch besser berücksichtigt werden. Ebenso kann die Genauigkeit erhöht werden, wenn der zumindest eine Korrekturparameter für verschiedene Fahrzeuge oder Fahrzeugtypen und/oder für verschiedene Fahrzeugumgebungen verschiedene Werte aufweist. Damit kann der Einfluss des Fahrzeugs selbst besser abgebildet werden.

Wenn GPS Daten verfügbar sind, kann die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden, indem eine GPS Höhe aus verfügbaren GPS Daten verwendet wird, um eine mittlere GPS Höhe zu berechnen, und aus den korrigierten Höhen eine mittlere korrigierte Höhe berechnet wird und aus den beiden Mittelwerten eine Offsethöhe berechnet wird, mit der die korrigierte Höhe zu einer offsetbereinigten kompensierten Höhe korrigiert wird.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 eine Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs aus Messwerten des Luftdrucks, Fig.2 ein beispielhafter Ablauf der Höhen- und Fahrbahngradientenermittlung, Fig.3 ein Ergebnis der erfindungsgemäßen Höhenermittlung und / 163

AV-3997 AT

Fig.4 eine Verwendung der ermittelten Fahrbahngradienten auf einem Prüfstand zur

Durchführung eines Prüfversuchs.

Mit Fig.1 wird die Erfassung der benötigten Messwerte für den Luftdruck zur Höhenermittlung beispielshaft erläutert. Ein Fahrzeug 1 wird entlang einer Fahrtstrecke 2 mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit v bewegt, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit v natürlich eine Funktion der Zeit oder des zurückgelegten Weges s ist. Die Fahrtstrecke 2 hat ein gewisses Höhenprofil mit Höhen h. Wenn in der Anmeldung von Höhe gesprochen wird, dann ist damit natürlich eine auf eine Referenzhöhe bezogene Höhe zu verstehen, z.B. die Seehöhe. Am Fahrzeug 1 ist ein Drucksensor 3 angeordnet, der den Luftdruck p_L in der Umgebung des Fahrzeugs 1 misst. Dabei wird der Luftdruck p_L über den Weg s mehrmals gemessen, um ein Höhenprofil über den Weg s zu erhalten. Gleichfalls können während der Fahrt mit dem Fahrzeug 1 auch noch weitere Messgrößen erfasst werden, beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit v. Hierfür können noch weitere Messsensoren am Fahrzeug 1 vorgesehen sein.

Die Höhe h könnte nun mit bekannten Formeln aus dem gemessenen Luftdruck p_L berechnet

T ( p Ί5-255 werden. Oftmals wird die bekannte internationale Höhenformel h =— 1 - — I dafür ^P L p₀) verwendet. Darin bezeichnet T [°K] die Umgebungstemperatur am Ort des gemessenen Luftdrucks (in [bar]), L [K/m] eine Abnehmrate und p₀ einen Referenzdruck. Mit einer üblichen Abnehmrate L = 0,0065 K/m und einem Referenzdruck auf Meeresniveau von p₀ =

T ( p /⁵·²⁵⁵

1013 mbar ergibt sich dann h =------ 1 —.Auch andere formelmäßige Zu^p 0,0065 1,013 J sammenhänge zur Berechnung der Höhe aus dem Luftdruck sind bekannt, z.B. wie in der JP 2001/108580 A1 beschrieben. Die in den Formeln benötigten weiteren Größen, insbesondere die Umgebungstemperatur T kann natürlich ebenfalls während der Fahrt gemessen werden. Üblicherweise werden die während der Fahrt gemessenen Größen nach der Fahrt ausgewertet und dabei die Höhen h über den Weg s berechnet. Selbstverständlich könnte die Höhe h aber auch gleich während der Fahrt berechnet werden. Die Berechnung erfolgt mit geeigneter Computerhardware und entsprechender Software. Diese Berechnung der Höhe h aus dem Luftdruck p_L ist jedoch aufgrund verschiedener Einflüsse, beispielsweise die Einbaulage des Drucksensors 3 und der Fahrzeuggeschwindigkeit v, ungenau.

Um diese Ungenauigkeiten zu verringern ist erfindungsgemäß vorgesehen, die aus dem Luftdruck p_L berechnete Höhe h_p mit einem nichtlinearen Korrekturterm K als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v und zumindest eines von der Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängigen Korrekturparameters P_v(v) zu einer korrigierten Höhe h_comp als Höhe h des Fahrzeugs 1 zu korrigieren, beispielsweise in der Art h_comp = h_p -K mit K = f (v,P_v (v)). Über den zu

-4· / 1(5

AV-3997 AT mindest einen zusätzlichen geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameter P_v(v) kann nun darauf Rücksicht genommen werden, dass die Ungenauigkeit in der Ermittlung der Höhe aus dem Luftdruck p_L von der Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängig ist und bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten v unterschiedliche Korrekturen erforderlich sein können. Der Korrekturparameter P_v(v) kann daher in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen verschiedene Werte annehmen.

Der Korrekturterm K kann beispielsweise aus K = (k · v)^e berechnet werden, mit den beiden Korrekturparametern P_v(v)=[k, e], wobei sich die Korrekturparameter P_v(v) nach der folgenden Tabelle in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v ergeben könnten.

	k	e
v < 60 km/h	0	0
60 < v < 100 km/h	0,015	3
v > 100 km/h	0,02	2,45

Natürlich sind auch mehr Geschwindigkeitsbereiche denkbar und auch andere Formeln für die Berechnung des Korrekturterms K möglich.

Der zumindest eine Korrekturparameter Pv(v) kann empirisch ermittelt werden. Der zumindest eine Korrekturparameter P_v(v) kann aber auch aus einer Optimierung berechnet werden. Dabei kann ein Fehler (z.B. der mittlere quadratische Fehler der Abweichung) zwischen bekannten Höhenwerten (beispielsweise aus digitalen Kartenmaterial oder hochgenauen Messungen) und der berechneten Höhe h_comp in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen minimiert werden, um die Korrekturparameter P_v(v) zu berechnen. Solche bekannten Optimierungen sind oftmals numerische, iterative mathematische Verfahren, die bis zum Erreichen eines definierten Abbruchkriteriums, beispielsweise das Erreichen eines gewissen Fehlers oder eine Anzahl von Iterationen, durchgeführt werden.

Der zumindest eine Korrekturparameter Pv(v) kann auch für verschiedene Fahrzeuge oder verschiedene Fahrzeugtypen (z.B. Limousine, Kombi, Van, usw.) bestimmt werden.

Ferner kann der zumindest eine Korrekturparameter P_v(v) zusätzlich von anderen Einflussfaktoren abhängig gemacht werden. Beispielsweise kann auf freier Strecke ein anderer Korrekturparameter Pv(v) verwendet werden, als in einem Tunnel oder auf einer Brücke. Der Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen umgebungsabhängigen Strömungseinflüssen auf den Drucksensor 3, die auf diese Weise ausgeglichen werden können.

/ 16⁵

AV-3997 AT

Es kann angenommen werden, dass sich der Luftdruck p_L entlang des Weges s nur langsam ändern wird, weshalb die Messwerte des Luftdrucks p_L vor der Berechnung der Höhe auch tiefpassgefiltert werden können, um Messeinflüsse, wie Messrauschen, usw., auszugleichen. Hierzu können beliebige, bekannte Tiefpassfilter, wie ein Butterworth Filter oder ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR Filter), eingesetzt werden, die vorzugsweise eine niedrige Grenzfrequenz, beispielsweise 0,05 Hz, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die berechnete Höhe h_p und/oder die kompensierte Höhe h_comp tiefpassgefiltert werden. Für gefilterte Größen wird nachfolgend auch der Index F verwendet, also z.B p_LF, h_pF, usw.

Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der ermittelten, kompensierten Höhe h_comp kann erreicht werden, wenn GPS Daten verfügbar sind, aus denen zumindest abschnittsweise ebenfalls eine Höhe h_GPS des Fahrzeugs 1 entlang der Fahrtstrecke 2 bekannt ist. In Abschnitten der Fahrtstrecke 2, in denen eine gewisse Anzahl n von GPS Satelliten 4 verfügbar ist, kann die GPS Höhe h_GPS für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden. Beispielsweise kann n>5 gefordert werden.

Aus den GPS Höhen h_GPS in den Abschnitten der Fahrtstrecke 2 mit zumindest n GPS Satelliten kann eine mittlere GPS Höhe h_GPS, z.B. als arithmetisches Mittel der Messwerte, berechnet werden. Ebenso kann aus den berechneten kompensierten Höhen h_comp ein Mittelwert h berechnet werden. Aus den beiden Mittelwerten kann dann eine Offsethöhe h_offset berechnet werden, in der Form h_offset = h - h_GPS. Die Offsethöhe kann dann von der kompensierten Höhe h_comp abgezogen werden, was eine genauere offsetbereinigte kompensierte Höhe hoomp.otfset ergibt. Selbstverständlich kann die Offsethöhe h_offset und/oder die offsetbereinigte kompensierte Höhe h_compioffset wieder tiefpassgefiltert werden, ebenso wie die zur Berechnung benötigten Größen tiefpassgefiltert sein können.

Aus der derart berechneten kompensierten Höhe h_comp, oder der offsetbereinigten kompensierte Höhe h_compoff_set, kann dann auf einfache Weise ein Fahrbahngradient grad ermittelt werden, indem das ergebende Höhenprofil nach dem Weg s abgeleitet wird, also ^dhcomp i -ί ^dhcomp,offset grad =----- oder grad =-------ds ds

Nachdem die Höhen zu bestimmten disktreten Zeitpunkten, beispielsweise jede Sekunde, ermittelt werden, kann der Fahrbahngradient grad auch durch den Differenzenquotienten — angenähert werden. Nachdem die FahrzeuggeAs schwindigkeit v bekannt ist, kann daraus auf einfache Weise auch ein zeitlicher Verlauf des Fahrbahngradienten grad erzeugt werden.

Um die Qualität der ermittelten Höhe h_comp, h_compioffset oder des ermittelten Fahrbahngradienten grad einschätzen zu können, kann auch ein Fehler Err berechnet und ausgegeben wer / 166

AV-3997 AT den. Beispielsweise kann ein Höhenfehler Err_h berechnet werden mit ^Errh = |^hcomp(,offset^hGPs|, ^{oder ein Gradientenfehler Err}grad ^mit Eit^ = |grad - gradGPS| , ^wobei gradGps der anhand der GPS Höhen h_GPS berechnete Fahrbahngradient ist.

Zusätzlich kann der Fahrbahngradient grad auch auf Null gesetzt werden, wenn das Fahrzeug still steht, wenn also die Fahrzeuggeschwindigkeit v = 0 ist.

Ein mögliches erfindungsgemäßes Verfahren zur Höhenermittlung und zur Ermittlung der Fahrbahngradienten grad wird mit Fig.2 erläutert.

Im ersten Schritt 20 werden Messdaten (z.B. vom Drucksensor 3 und von GPS Satelliten 4) in eine Berechnungseinheit (Hardware und/oder Software) eingelesen. Wie erwähnt könnte die Berechnung aber auch online während der Messdatenerfassung erfolgen. Im Schritt 21 wird in der Berechnungseinheit die Höhe h_p aus dem gemessenen Luftdruck p_L berechnet, beispielsweise mit der obigen Formel. Danach erfolgt im Schritt 22 die Berechnung der korrigierten Höhe h_comp mit dem Korrekturterm K und dem zumindest einen Korrekturparameter P_v(v). Im nächsten Schritt 23 kann eine Offsethöhe h_offset berechnet werden, die im nächsten Schritt 24 verwendet wird, um eine offsetbereinigte kompensierte Höhe h_compioffset zu berechnen. Damit kann im Schritt 25 auch ein Höhenfehler Err_h ermittelt werden. Aus der der offsetbereinigte kompensierte Höhe h_comp oder der offsetbereinigten kompensierten Höhe h_comp,_off_set kann dann im Schritt 26 der Fahrbahngradient grad berechnet werden, der dann auf einem Prüfstand 10 für die Durchführung eines Prüfversuchs verwendet werden kann, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird. In diesem Schritt kann der Fahrbahngradient grad bei Fahrzeuggeschwindigkeit v = 0 auch auf Null gesetzt werden. In einem Schritt 27 kann auch noch ein Gradientenfehler Err_grad berechnet werden. In diesem Beispiel sind mögliche Tiefpassfilterungen nicht dargestellt.

Das Ergebnis der erfindungsgemäßen Höhenermittlung ist in Fig.3 dargestellt. Wie ersichtlich kann die Genauigkeit der aus dem Luftdruck p_L berechneten Höhe h_p verbessert werden, wie ein Vergleich mit der GPS Höhe h_GPS ergibt.

Der derart ermittelte zeitliche oder örtliche Verlauf des Fahrbahngradienten grad kann auf einem Prüfstand zur Durchführung eines Prüfversuchs genutzt werden, wie am Beispiel der Fig.4 erläutert wird.

Mit Fig.4 wird ein bekannter Prüfstand 10 für einen Prüfling 12 und einer damit, beispielsweise mittels einer Prüfstandwelle 11, verbundenen Belastungsmaschine 15, beispielsweise ein Dynamometer, dargestellt. Die Belastungsmaschine 15 erzeugt die Last für den Prüfling 12. Der Prüfling 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor und der Prüfstand 10 ein Motorprüfstand. Selbstverständlich könnte der Prüfling 12 aber auch ein gesamtes Fahrzeug oder ein beliebiges Teilsystem des Fahrzeugs, wie z.B. ein Antriebsstrang, ein / 16⁷

AV-3997 AT

Elektromotor, eine Antriebsbatterie, ein Steuergerät, usw., sein, und der Prüfstand 10 ein dazu passender Prüfstand, wie z.B. Rollenprüfstand, ein Antriebsstrangprüfstand, ein Elektromotorenprüfstand, ein Hardware-in-the-Loop-Prüfstand, usw. Im Falle einer Batterie als Prüfling 12 wäre die Belastungsmaschine 15 elektrisch, z.B. in Form eines elektrischen Batterietesters. Geeignete Belastungsmaschinen 15 für verschiedene Prüflinge 12 sind hinlänglich bekannt und verfügbar, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.

Am Prüfstand 10 ist eine Prüfstandautomatisierung in Form einer Prüfstandautomatisierungseinheit 30 (Hardware und Software) vorgesehen, die die am Prüfstand 10 durchzuführende virtuelle Erprobungsfahrt (=Prüfversuch) steuert und dazu alle benötigten Einrichtungen (also insbesondere die benötigte Aktuatorik) des Prüfstandes 10 gemäß den Vorgaben des Prüfversuchs ansteuert. Die Prüfstandautomatisierungseinheit 30 kann dabei insbesondere auch den Prüfling 12 und die Belastungsmaschine 15 durch Vorgabe benötigter Sollwerte oder Stellgrößen steuern. Die Belastungsmaschine 15 wird am Prüfstand 10 oftmals von einem eigenen Belastungsmaschinenregler 14, der wiederum von der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 gemäß den Vorgaben des Prüfversuchs Sollwerte empfängt, geregelt, um am Prüfling 12 beispielsweise gewisse, häufig transiente, Belastungsmomente M oder gewisse, häufig transiente, Drehzahlen n einzuregeln. Der Belastungsmaschinenregler 14 kann auch in der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 als Software und/oder Hardware integriert sein oder auch Teil der Belastungsmaschine 15 selbst sein.

Zur Durchführung des Prüfversuchs sind am Prüfstand 10 in der Regel Messeinrichtungen 13, hier beispielsweise eine Drehzahlmesseinrichtung 16 und/oder eine Momentenmesseinrichtung 17 vorgesehen, die entsprechende Istwerte des Prüflings 12 und/oder der Belastungsmaschine 15, beispielsweise das Belastungsmoment M_ist an der Prüfstandwelle 11 und die Drehzahl n_ist des Prüflings 12, als Messgrößen messen und der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 zur Verfügung stellen. Selbstverständlich können für andere Prüflinge 12, bzw. Prüfstandtypen, auch andere oder zusätzliche Messgrößen, wie beispielsweise ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung, gemessen und der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 zugeführt werden.

Zur Durchführung des Prüfversuchs ist ein Prüflauf vorgesehen, anhand dem die Sollwerte oder Stellgrößen ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Simulation eines Fahrzeugs oder eines Teils oder einer Komponenten davon vorgesehen sein, wofür ein Simulationsmodell 33 vorgesehen ist. Die Simulation mit dem Simulationsmodell wird durch eine Simulationseinheit 31 ausgeführt und kann dazu auch Messgrößen verarbeiten. Die Simulationseinheit 31 kann in der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 als Hardware und/oder Software integriert sein, kann aber auch getrennt von der Prüfstandautomatisierungseinheit 30 sein, beispielsweise in Form einer eigenen Simulationshardware und Simulationssoftware. Das Simulationsmodell 33 kann beispielsweise als Software auf der Simulationseinheit 31 imple / 168

AV-3997 AT mentiert sein. Der Prüflauf wird von einer Prüflaufeinheit 32 vorgegeben. Der Prüflauf ist beispielsweise ein zeitlicher Verlauf bestimmter Größen, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrbahngradient grad, Kurvenverlauf, usw., und kann beispielsweise von extern vorgegeben werden. Der zeitliche Verlauf des Fahrbahngradienten grad wird beispielsweise zur Durchführung des Prüfversuchs wie oben beschrieben ermittelt. Als Berechnungseinheit hierfür kann die Prüfstandautomatisierungseinheit 30 oder eine externe Recheneinheit dienen. Der Verlauf des Fahrbahngradienten grad könnte aber auch direkt zur Steuerung eine Komponente des Prüfstandes 10 verwendet werden, beispielsweise im Belastungsmaschinenregler 14 zum Regeln einer Belastungsmaschine 15. Mit der Vorgabe des Prüflaufs ergibt sich in der Interaktion des Systems aus Simulation, Prüfstand 10, Prüfling 12 und Belastungsmaschine 15 der Prüfversuch, der am Prüfstand 10 ausgeführt wird.

Während der Durchführung des Prüfversuchs werden am Prüfstand oftmals auch Messungen durchgeführt, um bestimmte Aussagen über das Verhalten des Prüflings 12 treffen zu können. Typische und oftmalig vorgesehene Messung erfassen das Emissionsverhalten eines Verbrennungsmotors, den Verbrauch oder Leistungsbedarf des Prüflings, die erzeugte Leistung des Prüflings, usw. Solche Messungen liefern Messdaten bzw. charakteristische Kennwerte als Fahrzeugparameter. Im dargestellten Beispiel ist als Messeinrichtung 18 eine Emissionsmesseinrichtung vorgesehen, um während der Durchführung des Prüflaufs Emissionsgrößen im Abgas des Verbrennungsmotors zu erfassen.

Im in Fig.4 dargestellten Beispiel definiert der Prüflauf die zeitbasierte Vorgabe der Fahrstrecke eines Fahrzeugs in Form des Fahrbahngradienten grad und des Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Dieser Prüflauf wird der Simulationseinheit 31 vorgegeben, in der ein Simulationsmodell 33, beispielsweise ein Modell eines Fahrzeugs, das entlang einer Fahrtstrecke bewegt wird, implementiert ist, das die Simulation ausführt. Auf Basis der aktuellen Motordrehzahl n_ist und des aktuellen Drehmoments M_ist des Prüflings 12 und den Vorgaben des Prüflaufs errechnet die Simulationseinheit 31 eine Stellgröße für den Verbrennungsmotor als Prüfling 12, beispielsweise die Gaspedalstellung o_soll, sowie den Sollwert für die Regelung der Belastungsmaschine 15, beispielsweise ein Sollmoment M_soll. In diesem Beispiel ermittelt der Belastungsmaschinenregler 14 aus dem aktuellen Drehmoment M_ist des Prüflings 12 und dem Sollmoment M_soll die Drehzahl n, die an der Belastungsmaschine 15 einzustellen ist. Das Einstellen der Stellgröße und der Sollwerte führt zu einem bestimmten Zustand des Prüflings 12. Je nach Prüfstand 10 und Prüfling 12 und Simulation können natürlich auch andere Vorgabegrößen, Stellgrößen und Messgrößen Verwendung finden.

/ 16

AV-3997 AT

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Ermittlung der Höhe (h) eines Fahrzeugs (1) aus Messwerten des Luftdrucks (p_L) entlang einer Fahrstrecke (2) des Fahrzeugs (1), wobei die Höhe (h_p) des Fahrzeugs (1) an einer bestimmten Fahrzeugposition der Fahrstrecke (2) mit einer vorgegebenen Höhenformel aus dem Luftdruck (p_L) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die derart berechnete Höhe (h_p) mit einem Korrekturterm (K) als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) an der Fahrzeugposition und zumindest eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturparameters (P_v(v)) korrigiert wird, um eine korrigierte Höhe (h_comp) des Fahrzeugs (1) zu ermitteln.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h_p) des Fahr1 T ( p Ί5-255 zeugs (1) an der bestimmten Fahrzeugposition mit der Höhenformel h =— 1 - — I ^{p L} l Po) berechnet wird, mit der Umgebungstemperatur T [°K] am Ort des gemessenen Luftdrucks p_L [bar], einer Abnehmrate L [K/m] und einem Referenzdruck p₀ [bar].
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturterm (K) aus K = (k· v)^e berechnet wird, mit den beiden Korrekturparametern Pv(v)=[k, e].
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Korrekturparameter (P_v(v)) für verschiedene Bereiche der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) verschiedene Werte hat.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Korrekturparameter (P_v(v)) für verschiedene Fahrzeuge (1) oder Fahrzeugtypen und/oder für verschiedene Fahrzeugumgebungen verschiedene Werte hat.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine GPS Höhe (h_GPS) aus verfügbaren GPS Daten verwendet wird, um eine mittlere GPS Höhe (h_GPs) zu berechnen, und aus den korrigierten Höhen (h_comp) eine mittlere korrigierte Höhe (h_comp) berechnet wird und aus den beiden Mittelwerten eine Offsethöhe (h_offset) berechnet wird, mit der die korrigierte Höhe (h_comp) zu einer offsetbereinigten kompensierten Höhe (hcomp,offset) korrigiert wird.
7. 7. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 berechneten Höhe (h) des Fahrzeugs (1) zur Ermittlung eines Fahrbahngradienten (grad) der Fahrstrecke (2), indem der Verlauf der berechneten Höhe (h) über die Fahrstrecke (2) nach dem Weg abgeleitet wird.

   -1011 / 16

   AV-3997 AT
8. 8. Verwendung des Fahrbahngradienten nach Anspruch 7 zur Durchführung eines

   Prüfversuchs auf einem Prüfstand (10), wobei der zeitliche Verlauf des ermittelten Fahrbahngradienten (grad) zur Steuerung des Prüfversuchs verwendet wird.

   , -1112 / 16

   AVL List GmbH

   1/4

   13 / 16

   AVL List GmbH

   2/4