DE102004050827A1

DE102004050827A1 - Messung einer Gaskraftstoffmenge

Info

Publication number: DE102004050827A1
Application number: DE102004050827A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Toyota Kimbara; Daigoro Toyota Mori; Takehiro Toyota Nito; Hidehito Kariya Kubo; Makoto Kariya Tsuzuki
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2005-06-02
Also published as: JP2005127171A; US7240549B2; US20050166673A1; KR20050039571A; CN100353151C; CN1609566A; JP4254475B2

Abstract

Eine Steuerungseinheit (40) umfasst eine Beschleunigung (a), die durch einen Beschleunigungssensor (31) erfasst wird, und wenn die Steuerungseinheit (40) bestimmt, dass die Beschleunigung a nicht gleich Null ist, erfasst die Steuerungseinheit (40) wieder die Beschleunigung (a). In dem Fall, dass die Steuerungseinheit (40) entscheidet, dass die Beschleunigung a gleich Null ist, erfasst die Steuerungseinheit (40) das durch den Gewichtssensor (30) erfasste Gewicht (M). Die Steuerungseinheit (40) setzt eine Abtastung des Gewichts (M) fort, bis eine vorbestimmte Abtastungszeitdauer abgelaufen ist. Sobald die Abtastungszeitdauer abgelaufen ist, berechnet die Steuerungseinheit (40) den Durchschnittswert des Gewichts (M), das durch die Abtastung erhalten wird, und verwendet den berechneten Durchschnittswert und ein Kennfeld bzw. eine Karte, um eine Wasserstoffmenge zu bestimmen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mengenmessungsvorrichtung und ein Mengenmessungsverfahren zum Messen der verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Kraftstoffbehälter.

Wenn ein Kraftstoffbehälter an Bord eines Fahrzeugs befördert wird, kann die erfasste Kraftstoffmenge einen Fehler auf Grund einer Verschiebung umfassen, die mit einer Vibration bzw. Schwingung oder einer Beschleunigung und einer Abbremsung in Verbindung mit einer Bewegung des Fahrzeugs oder mit einer Änderung der Haltung bzw. Lage des Fahrzeugs auftritt. Zur Lösung dieser Schwierigkeit ist ein Verfahren zum Warten vorgeschlagen worden, bis die Wirkungen der Vibration oder dergleichen in Verbindung mit der Fahrzeugbewegung verschwinden (bis sich die Menge stabilisiert), bevor ein Kraftstoffmengenwert auf dem Kraftstoffmessgerät bzw. dem Kraftstoffvorratszeiger wiedergegeben wird.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Mit dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik kann eine Kraftstoffmenge jedoch während einer Fahrzeugbewegung nicht genau erfasst werden.

Weitere Verfahren, die zur Verwendung bei einer Erfassung einer Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter bekannt sind, umfassen Verfahren, die einen behälterinternen Druck, einen sich addierenden Kraftstoffdurchfluss oder ein Mengenmessgerät einsetzen. Wenn jedoch ein Gaskraftstoff verwendet wird, ist es nicht möglich, ein Mengenmessgerät zu verwenden, und Messungen von Druck und Durchfluss, die durch Temperaturänderungen beeinflusst werden, sind ebenso nicht genau. In derartigen Fällen besteht, während es wirksam wäre, Messungen unter Verwendung eines Gewichts auszuführen, ein Bedarf, eine Messgenauigkeit zu verbessern, da eine Gewichtsänderung von Gasen im Vergleich zu einer Gewichtsänderung von Flüssigkeiten klein ist.

Um sich dieser Schwierigkeit zu widmen, ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Messgenauigkeit einer verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter auf der Grundlage eines Gewichtes zu verbessern. Weiterhin ist eine Aufgabe, eine Kraftstoffmenge unabhängig von einer Fahrzeugbewegung genau zu messen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, die sich der vorstehend genannten Schwierigkeit widmen soll, wird eine Mengenmessungsvorrichtung zur Messung, auf der Grundlage eines Gewichts, der verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter bereitgestellt, der an Bord eines Fahrzeugs befördert wird. Die Mengenmessungsvorrichtung gemäß dieser ersten Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gewichtsmessgerät, das zwischen dem Fahrzeug und dem Gaskraftstoffbehälter angeordnet ist und das Gewicht des Gaskraftstoffbehälters misst, ein Beschleunigungsmessgerät, das eine Beschleunigung des Fahrzeugs misst, und ein Berechnungsmodul umfasst, das die Menge eines Kraftstoffs, der in dem Gaskraftstoffbehälter verbleibt, von dem gemessenen Gewicht und der gemessenen Beschleunigung berechnet.

Gemäß der Mengenmessungsvorrichtung der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Menge des Kraftstoffs, der in dem Gaskraftstoffbehälter verbleibt, auf der Grundlage des gemessenen Gewichts und der gemessenen Beschleunigung berechnet und ist folglich im Wesentlichen unbeeinflusst von der Temperatur oder anderen Faktoren, so dass die Messgenauigkeit der Kraftstoffmenge in dem Gaskraftstoffbehälter verbessert werden kann.

In der Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, kann das Berechnungsmodul ein gemessenes Gewicht zu Zeiten abtasten, bei denen eine Beschleunigung, die durch das Beschleunigungsmessgerät gemessen wird, Null ist, wobei es den zugehörigen Durchschnittswert als das gemessene Gewicht zur Berechnung der Kraftstoffmenge verwendet. In diesem Fall wird das gemessene Gewicht unbeeinflusst von einem Fehler sein, der durch eine Beschleunigung verursacht wird, so dass die Kraftstoffmenge genau gemessen werden kann.

In der Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, kann das Berechnungsmodul die Kraftstoffmenge berechnen, während eine Beschleunigung, die durch das Beschleunigungsmessgerät gemessen wird, berücksichtigt wird, um ein wahres Gewicht von einem Gewicht zu berechnen, das durch das Gewichtsmessgerät gemessen wird. In diesem Fall kann, da das wahre Gewicht von dem Gewicht, das durch das Gewichtsmessgerät gemessen wird, um die Kraftstoffmenge zu messen, berechnet wird, unabhängig von dem Beschleunigungswert die Wirkung der Beschleunigung auf das Gewicht berücksichtigt werden, um die Genauigkeit der Gewichtsmessung zu verbessern. Folglich kann die Kraftstoffmenge unabhängig von Bedingungen einer Fahrzeugbewegung gemessen werden.

In der Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, kann eine Vielzahl von Gewichtsmessgeräten bereitgestellt sein, das Beschleunigungsmessgerät kann angeordnet sein, um in der Lage zu sein, eine Beschleunigung im Wesentlichen gleich zu der Beschleunigung, der die Gewichtsmessgeräte unterworfen sind, zu messen, und das Berechnungsmodul kann ein wahres Gewicht unter Verwendung des gemessenen Gewichts und einer Gewichtsschwankung auf Grund der gemessenen analogen Beschleunigung berechnen. In diesem Fall kann, da ein wahres Gewicht von dem gemessenen Gewicht unter Verwendung einer Gewichtsschwankung auf Grund einer Beschleunigung berechnet wird, die Genauigkeit einer Gewichtsmessung verbessert werden. Folglich kann die Kraftstoffmenge unabhängig von Bedingungen einer Fahrzeugbewegung genau gemessen werden.

In der Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, kann der Gaskraftstoffbehälter ein verlängerter Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sein und bei dem Fahrzeug über elastische Elemente in der Nähe des ersten und des zweiten Endes befestigt sein, wobei das Gewichtsmessgerät bei dem Fahrzeug auf eine derartige Weise angeordnet sein kann, dass es einen Wert von Null angibt, wenn das leere Behältergewicht des Gaskraftstoffbehälters die elastische Kraft der elastischen Elemente ausgleicht. In diesem Fall kann, da das leere Behältergewicht des Gaskraftstoffbehälters durch die elastische Kraft aufgehoben wird, das durch das Gewichtsmessgerät gemessene Gewicht direkt als das Gewicht des Gases verwendet werden.

Das leere Behältergewicht des Gaskraftstoffbehälters bezieht sich auf das Gewicht des Gaskraftstoffbehälters, wenn er keinerlei Gas, das normalerweise in dem Gaskraftstoffbehälter gespeichert ist, beinhaltet.

In der Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, kann der Gaskraftstoffbehälter ein verlängerter Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende sein, in der Nähe des zugehörigen ersten Endes in der vertikalen Richtung drehbar bei dem Fahrzeug gehalten sein und in der Nähe des zugehörigen zweiten Endes bei dem Fahrzeug über das Gewichtsmessgerät angeordnet sein. In diesem Fall kann die Kraftstoffmenge gemessen werden, indem lediglich ein einzelnes Gewichtsmessgerät bereitgestellt ist.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen, auf der Grundlage eines Gewichts, der verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter, der an Bord eines Fahrzeugs befördert wird, bereitgestellt. Das Verfahren, das diese zweite Ausgestaltung der Erfindung betrifft, ist gekennzeichnet durch Schritte zum Messen des Gewichts des Gaskraftstoffbehälters, zum Messen einer Beschleunigung des Fahrzeugs und zum Berechnen der verbleibenden Kraftstoffmenge in dem Gaskraftstoffbehälter unter Verwendung des gemessenen Gewichts und der gemessenen Beschleunigung.

Gemäß dem Mengenmessungsverfahren, dass die zweite Ausgestaltung der Erfindung betrifft, können Arbeitswirkungen erreicht werden, die ähnlich zu denjenigen der Mengenmessungsvorrichtung sind, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft. Das Mengenmessungsverfahren, das die zweite Ausgestaltung der Erfindung betrifft, und die ähnliche Mengenmessungsvorrichtung, die die erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft, können über verschiedene Ausführungsbeispiele realisiert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Mengenmessungsvorrichtung und das Mengenmessungsverfahren gemäß der Erfindung zur Messung, auf der Grundlage eines Gewichts, einer verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Kraftstoffbehälter an Bord eines Fahrzeugs sind nachstehend mittels mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung, die von der Rückseite des Fahrzeugs betrachtet wird, einer fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft,
2 eine vereinfachte Darstellung, die von oberhalb des Fahrzeugs betrachtet wird, einer fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft,
3 eine Darstellung, die eine Entsprechung zwischen einer Wasserstoffmenge und einem durch die fahrzeugmontierte Mengenmessungsvorrichtung gemessenen Gewicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zwigt,
4 eine Darstellung, die eine Vibration und ein Schwingen (Beschleunigung G) eines Fahrzeugs auf Grund eines Stampfens und Schlingerns abbildet,
5 ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die in der Mengenmessungsverarbeitung ausgeführt wird, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft,
6 eine Seitenansicht, die eine vereinfachte Anordnung eines Gewichtssensors 30 und eines Beschleunigungssensors 32 zeigt, die die Mengenmessungsvorrichtung 51 bilden, die ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft,
7 eine Modelldarstellung, die charakteristische Merkmale in der Anordnung des Beschleunigungssensors 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
8 ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die in der Mengenmessungsverarbeitung ausgeführt wird, die das zweite Ausführungsbeispiel betrifft,
9 eine Darstellung einer anderen Montageart des Kraftstoffbehälters 20 bei einem Fahrzeug,
10 eine Darstellung eines weiteren Beispiels einer Anordnung des Beschleunigungssensors 31 in der Mengenmessungsvorrichtung 51, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft,
11 eine Darstellung einer weiteren Montageart des Kraftstoffbehälters 20 bei einem Fahrzeug und
12 eine Darstellung einer Ausgabekennlinie des Gewichtssensors 30, die bei der in 11 gezeigten Montageart erhalten wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel:
Die nachstehende Beschreibung einer allgemeinen Anordnung einer fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft, bezieht sich auf 1 bis 4. In 1 ist eine vereinfachte Darstellung, die von der Rückseite des Fahrzeugs betrachtet wird, einer fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung gezeigt, die ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft. In 2 ist eine vereinfachte Darstellung, die von oberhalb des Fahrzeugs betrachtet wird, der fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft, gezeigt. In 3 ist eine Darstellung gezeigt, die eine Entsprechung zwischen einer Wasserstoffmenge und einem Gewicht zeigt, das durch die fahrzeugmontierte Mengenmessungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemessen wird. In 4 ist eine Darstellung gezeigt, die eine Vibration und ein Schwingen (Beschleunigung G) eines Fahrzeugs auf Grund eines Stampfens und Schlingerns abbildet.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Fahrzeug 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Kraftstoffbehälter 20 zur Speicherung von Wasserstoff, die bei einem Fahrzeugboden 12 innerhalb von Reifen 11 angeordnet sind. Jeder Kraftstoffbehälter 20 weist eine runde zylindrische Form auf, die bei beiden Enden begrenzt ist, und ist bei dem Fahrzeug 10 derart angeordnet, dass die zugehörige Längsachse die Fahrrichtung des Fahrzeugs 10 schneidet. Zwei Befestigungsbänder bzw. Befestigungsriemen 21 sind in der Nähe der zwei Enden jedes Kraftstoffbehälters 20 angeordnet. Das Befestigungsband 21 ist ein Metallband zum Befestigen des Kraftstoffbehälters 20 über ein Gummielement oder ein anderes elastisches Element, das um die Behälteraußenseite gewickelt ist. Bei dem Fahrzeug 10 sind Gewichtssensoren 30 angeordnet, die sich bei Orten befinden, die den Haltebändern 21 entsprechen, und Beschleunigungssensoren 31 sind in der Nähe der Gewichtssensoren 30 angeordnet.
Die Gewichtssensoren 30 können bspw. aus Wägezellen bestehen. Ein Ende des Gewichtssensors 30 ist mit dem Fahrzeugboden 12 (Fahrzeug 10) verbunden, wobei das andere Ende mit dem entsprechenden Befestigungsband 21 verbunden ist. Folglich ist der Kraftstoffbehälter 20 bei dem Fahrzeug 10 über das Befestigungsband 21 und die Gewichtssensoren 30 angebracht. Durch die Gewichtssensoren 30 erfasste Gewichtswerte werden einer Wasserstoffmenge in einer Weise zugeordnet, die in 3 gezeigt ist. Gemäß 3 ist der Grund für die Tatsache, dass Messungen durch die Gewichtssensoren 30 bei einem Mittelpunkt beginnen anzusteigen, die Tatsache, dass die Gewichtssensoren 30 direkt bei den Kraftstoffbehältern 20 angebracht sind, so dass Messungen entsprechend einer Wasserstoffmenge nicht erhalten werden können, bis das zugehörige Gewicht das Behältergewicht überschreitet. Hierbei bezieht sich ein Behältergewicht der Kraftstoffbehälter 20 auf ein Behältergewicht bei einem Fehlen von darin gespeicherten Wasserstoff; das Gewicht der Wasserstoffspeicherungslegierung ist in dem Behältergewicht beinhaltet.
Beschleunigungssensoren 31 können bspw. piezoelektrische Elemente umfassen. Ein Beschleunigungssensor 31 ist für jeden der Gewichtssensoren 30 bereitgestellt, so dass eine Änderung in einer Beschleunigung bei jedem Gewichtssensor 30 korrekt gemessen werden kann. Das Fahrzeug 10 wird einer Auf- und Abbewegung (Vibration), einem Schlingern und einem Stampfen (Schwingen) in Verbindung mit einem zugehörigen Fahren unterworfen, wobei diese Vibration und dieses Schwingen durch die linken und rechten Beschleunigungssensoren 31, wie sie in 4 gezeigt sind, erfasst werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt, da zwei Beschleunigungssensoren 31 in der seitlichen Richtung in Bezug auf die Fahrrichtung des Fahrzeugs 10 angeordnet sind, die vordere Hälfte von 4 eine Änderung in der Beschleunigung auf Grund einer Vibration oder eines Stampfens, während die hinter Hälfte eine Änderung in der Beschleunigung auf Grund eines Schlingerns zeigt.
Die Kraftstoffbehälter 20 weisen innen eine Wasserstoffspeicherungslegierung auf, wobei Wasserstoff in einem Zustand eines Eingeschlossenseins in der Wasserstoffspeicherungslegierung gespeichert ist. Bspw. können 5 kg Wasserstoff in 300 kg einer Wasserstoffspeicherungslegierung gespeichert werden, wobei somit ein hochgenaues Messungsverfahren erforderlich wird, um Änderungen in der Menge des Wasserstoffs zu messen.
In dem Fahrzeug 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein zugehöriger Betriebszustand mittels einer Steuerungseinheit 40 gesteuert. Die Steuerungseinheit 40 umfasst eine Verarbeitungsfunktion (CPU) und eine Speicherfunktion (ROM, RAM) zur Speicherung einer Karte bzw. eines Kennfelds, eines Verarbeitungsprogramms zur Messung einer Kraftstoffmenge und dergleichen. Die Gewichtssensoren 30 und die Beschleunigungssensoren 31 sind mit der Steuerungseinheit 40 verbunden, die ein Gewicht M und eine Beschleunigung a, die durch die Sensoren 30, 31 erfasst werden, eingibt. Die Mengenmessungsvorrichtung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst zumindest den Gewichtssensor 30, den Beschleunigungssensor 31 und die Steuerungseinheit 40 als Bauelemente.
Die nachstehende Beschreibung der Mengenmessungsverarbeitung, die durch die Mengenmessungsvorrichtung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, bezieht sich auf 5. In 5 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die in der Mengenmessungsverarbeitung ausgeführt wird, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft.
Die Verarbeitungsroutine wird bei vorbestimmten Zeitintervallen in Einheiten ausgeführt, die aus Kombinationen der Beschleunigungssensoren 31 mit den Gewichtssensoren 30 zusammengesetzt sind. Wenn die Verarbeitungsroutine startet, erfasst die Steuerungseinheit 40 eine Beschleunigung a, die durch den Beschleunigungssensor 31 erfasst wird (Schritt S100), und bestimmt, ob die Beschleunigung a = 0 ist (Schritt S110).
In dem Fall, dass die Steuerungseinheit 40 entscheidet, dass die Beschleunigung a nicht gleich Null ist (Schritt S110: Nein), geht die Steuerungseinheit 40 wieder zu Schritt S100 und erfasst die Beschleunigung a. In dem Fall, dass die Steuerungseinheit 40 entscheidet, dass die Beschleunigung a gleich Null ist (Schritt S110: Ja), erfasst die Steuerungseinheit 40 ein Gewicht M, das durch den Gewichtssensor 30 erfasst wird (Schritt S120). Da das Gewicht M, das durch den Gewichtssensor 30 erfasst wird, sich mit den Wirkungen der Beschleunigung a ändert, wird das Gewicht M bei einem Fehlen der Wirkungen der Beschleunigung a, d.h., wenn die Beschleunigung a = 0 ist, abgetastet.
Die Steuerungseinheit 40 bestimmt dann, ob eine vorgeschriebene Zeitdauer vergangen ist (Schritt S130), und wenn die Steuerungseinheit 40 bestimmt, dass die vorgeschriebene Zeitdauer nicht vergangen ist (Schritt S130: Nein), geht sie zu Schritt S100 und setzt eine Abtastung der Beschleunigung a fort. Wenn die Steuerungseinheit 40 bestimmt, dass die vorgeschriebene Zeitdauer abgelaufen ist (Schritt S130: Ja), berechnet die Steuerungseinheit 40 den Durchschnittswert der abgetasteten Werte des Gewichts M und spezifiziert unter Verwendung dieses berechneten Durchschnittswerts und des in 3 gezeigten Kennfelds eine Wasserstoffmenge (Schritt S140). Die Steuerungseinheit 40 löscht dann die Werte (Schritt S150) und setzt eine Abtastung fort.
In 4 sind Punkte, bei denen die Beschleunigung a = 0 ist, durch schwarze Punkte angegeben; innerhalb der vorgeschriebenen Zeitdauer wird das Gewicht M wiederholt bei der spezifizierten Zeitsteuerung abgetastet.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird entsprechend der fahrzeugeigenen Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Beschleunigung a, die durch den Beschleunigungssensor 31 erfasst wird, Null ist, das Gewicht M von dem Gewichtssensor 30 derart erfasst, dass das korrekte Gewicht M bei einem Fehlen der Wirkungen der Beschleunigung a erhalten werden kann, d.h. während ein Fehler auf Grund der Beschleunigung a beseitigt wird. Durch Verbessern der Genauigkeit der Messung auf diese Weise ist es im Allgemeinen möglich, das Gewicht des Gases korrekt zu erfassen, das eine minimale Änderung in dem Gewicht in Verbindung mit Änderungen in der Menge im Vergleich zu Flüssigkeiten aufweist. Folglich kann die Genauigkeit (einer Messung) einer Wasserstoffmenge in dem Kraftstoffbehälter 20, die auf der Basis des Gewichts M spezifiziert wird, verbessert werden.
Zusätzlich kann bei der Mengenmessungsvorrichtung 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, da der Beschleunigungssensor 31 mit jedem Gewichtssensor 30 verbunden ist, die Beschleunigung a, die auf jeden Gewichtssensor 30 wirkt, in geeigneter Weise erfasst werden, was es ermöglicht, die Genauigkeit einer Abtastungszeitsteuerung des Gewichts M, die ausgeführt wird, wenn die Beschleunigung a = 0 ist, zu verbessern.
Zweites Ausführungsbeispiel:
Die nachfolgende Beschreibung der allgemeinen Anordnung einer fahrzeugmontierten Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft, bezieht sich auf 6 bis 8. In 6 ist eine Seitenansicht gezeigt, die eine vereinfachte Anordnung des Gewichtssensors 30 und eines Beschleunigungssensors 32 zeigt, die die Mengenmessungsvorrichtung 51 bilden, die ein zweites Ausführungsbeispiel betreffen. In 7 ist eine Modelldarstellung gezeigt, die charakteristische Merkmale in der Anordnung des Beschleunigungssensors 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. In 8 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die in der Mengenmessungsverarbeitung ausgeführt wird, die das zweite Ausführungsbeispiel betrifft.
Die Kraftstoffbehältermengenmessungsvorrichtung, die das zweite Ausführungsbeispiel betrifft, ist bei dem Fahrzeug 10 angebracht, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Wie es in 6 gezeigt ist, wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Satz von zwei Kraftstoffbehältern 20 durch Befestigungsbänder 23 zusammengehalten. Jeder Kraftstoffbehälter 20 ist bei dem Fahrzeugboden 12 über den Gewichtssensor 30 angeordnet.
Andere Anordnungen, wie bspw. die Richtung, in der die Kraftstoffbehälter 20 angebracht sind, sind die gleichen wie für die Kraftstoffbehälter 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Beschleunigungssensor 32 ist bei dem Fahrzeugboden 12 bei einer Zwischenstelle zwischen den Gewichtssensoren 30, die den Kraftstoffbehältern 20 entsprechen, bereitgestellt. Wie es in 7 gezeigt ist, weist der Beschleunigungssensor 32 einen Betriebsabschnitt 321 mit zwei erhöhten Abschnitten, die den Gewichtssensoren 31 entsprechen, die bei jeder zugehörigen Seite angeordnet sind, und piezoelektrische Elementabschnitte 322 auf, die entsprechend jedem Betriebsabschnitt 321 angeordnet sind. Der Beschleunigungssensor 32 gibt an die Steuerungseinheit 40 die einzelnen Sensorsignale aus, die durch die piezoelektrischen Elementabschnitte 322 erzeugt werden. Durch die Bereitstellung dieser Anordnung ist es möglich, eine Beschleunigung a einer Größe, die proportional zu der Beschleunigung ist, die bei jedem Gewichtssensor 30 angelegt ist, und ein ähnliches Gewicht für den Winkel in geeigneter Weise zu erfassen. Folglich sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Gewichtssensoren 30 für jeden Kraftstoffbehälter 20 für eine Gesamtanzahl von 4 für die zwei Kraftstoffbehälter 20, die einen Satz bilden, und zwei Beschleunigungssensoren 32 für die zwei Kraftstoffbehälter 20, die einen Satz bilden, bereitgestellt.
Wenn ein Beschleunigungssensor eingesetzt wird, der eine Beschleunigung in einem dreidimensionalen x-, y-, z-Raum herleiten kann, während es möglich ist, den Raumort bei diesem Punkt zu berechnen, ist es keineswegs möglich, eine Drehung bspw. um die z-Achse zu erfassen. Durch eine Verwendung dreidimensionaler Beschleunigungssensoren bei zwei getrennten bzw. diskreten Orten wird es möglich, relative Positionen innerhalb des Raums zu berechnen, wobei es dadurch möglich ist, alle Informationen, wie bspw. ein Drehstampfen, ein Schlingern usw. herzuleiten. Ebenso kann, da es möglich ist, eine Beschleunigung in einer beliebigen Richtung bei Orten bei dem Fahrzeug zu berechnen, eine Beschleunigung für jeden Gewichtssensor berechnet werden.
Da Gewichtssensoren lediglich in einer Richtung messen können, ist es ausreichend in der Lage zu sein, eine Beschleunigung in dieser Richtung zu messen. Wenn eine Beschleunigung in der gleichen Richtung wie die Messungsrichtung der Gewichtssensoren bei zwei beliebigen getrennten Punkten auf einer Linie, die senkrecht zu der Gewichtssensormessungsrichtung ist, gemessen wird, wird es möglich eine Beschleunigung in die gleiche Richtung wie ein beliebiger Punkt auf derselben Linie zu berechnen.
Die nachfolgende Beschreibung der Mengenmessungsverarbeitung, die durch die Mengenmessungsvorrichtung 51 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, bezieht sich auf 8. Die Verarbeitungsroutine wird wiederholt bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt. Wenn die Verarbeitungsroutine startet, erfasst die Steuerungseinheit 40 eine Beschleunigung a, die durch den Beschleunigungssensor 32 erfasst wird (Schritt S200). Wie es vorstehend beschrieben ist, werden zwei Auslesewerte der Beschleunigung a von einem Beschleunigungssensor 32 ausgegeben, wobei die Steuerungseinheit 40 die zwei Auslesewerte der Beschleunigung a von den Beschleunigungssensoren 32 erhält.
Die Steuerungseinheit 40 erfasst dann ein Gewicht M von jedem Gewichtssensor 30 (Schritt S210) und berechnet unter Verwendung der Beschleunigung a und des Gewichts M, das auf diese Weise erhalten wird, ein wahres Gewicht Mr unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (Schritt S220). Mr = g(M/(g – a))
Hierbei bezeichnet g die Schwerebeschleunigung bzw. Gravitationsbeschleunigung.
Das heißt, dieses Ausführungsbeispiel verwendet die Beschleunigungssensoren 32, die ausgelegt sind, um die Beschleunigung a einer Größe, die proportional zu der Beschleunigung bei den Gewichtssensoren 30 ist, in geeigneter Weise zu erfassen, so dass die Beschleunigung a, die das durch die Gewichtssensoren 30 gemessene Gewicht M der Kraftstoffbehälter 20 beeinflusst, berücksichtigt wird, wodurch es möglich wird, das wahre Gewicht Mr, das nicht durch die Beschleunigung a beeinflusst ist, herzuleiten.
Die Steuerungseinheit 40 bestimmt, ob eine vorbestimmte vorgeschriebene Zeitdauer vergangen ist (Schritt S230), und wenn die Steuerungseinheit 40 bestimmt, das die vorgeschriebene Zeitdauer nicht vergangen ist (Schritt S20: Nein), geht sie wieder zu Schritt 200 und berechnet das wahre Gewicht Mr. Demgegenüber berechnet, wenn die Steuerungseinheit bestimmt, dass die Abtastungsperiode vergangen ist (Schritt S230: Ja), die Steuerungseinheit 40 den Durchschnittswert der abgetasteten Werte des wahren Gewichts Mr und bestimmt unter Verwendung eines Kennfelds oder dergleichen eine Wasserstoffmenge, die dem Wert des berechneten wahren Gewichts Mr minus dem Gewicht des leeren Kraftstoffbehälters 20 entspricht (Schritt S240). Die Steuerungseinheit 40 löscht dann die Werte (Schritt S250) und setzt die Abtastung fort.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist es entsprechend der Mengenmessungsvorrichtung 51 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, da Beschleunigungssensoren, die ausgelegt sind, in geeigneter Weise die Beschleunigung a im Wesentlichen gleich zu der Last zu erfassen, die bei jedem Gewichtssensor 30 angelegt wird, als die Beschleunigungssensoren 23 verwendet werden, möglich, das wahre Gewicht Mr, das durch die Beschleunigung unbeeinflusst ist, d.h. während ein Fehler auf Grund der Beschleunigung a beseitigt ist, herzuleiten. Als Ergebnis kann die korrekte Wasserstoffmenge gemessen werden. Durch Verbesserung der Messgenauigkeit auf diese Weise ist es im Allgemeinen möglich, das Gewicht des Gases, das eine minimale Änderung in dem Gewicht in Verbindung mit Änderungen in der Menge im Vergleich zu Flüssigkeiten aufweist, korrekt zu erfassen, was es ermöglicht, die Messgenauigkeit einer Wasserstoffmenge in dem Kraftstoffbehälter 20, die auf der Grundlage des Gewichts M spezifiziert wird, zu verbessern.
Zusätzlich kann, da es möglich ist, die Beschleunigung a, die das durch die Gewichtssensoren 30 gemessene Gewicht M der Kraftstoffbehälter 20 beeinflusst, zu berücksichtigen, ein korrektes Gewicht Mr, von dem ein Fehler auf Grund der Beschleunigung a entfernt worden ist, nun hergeleitet werden, auch wenn die Beschleunigung a nicht Null ist. Folglich können, während die Genauigkeit der Wasserstoffmengenmessung verbessert wird, Möglichkeiten zur Messung der Wasserstoffmenge deutlich ausgeweitet werden. Als Ergebnis wird es möglich, einen Betriebszustand von wasserstoffverbrauchenden Systemen, einschließlich von Brennstoffzellensystemen, auf der Grundlage korrekter Wasserstoffmengen konstant zu steuern.
Weitere Ausführungsbeispiele:
(1) Während in dem ersten Ausführungsbeispiel das Gewicht M immer abgetastet wird, wenn die Beschleunigung a, die durch den Beschleunigungssensor 31 erfasst wird, Null ist, ist ebenso eine Anordnung wie die nachstehend beschriebene möglich. Im Allgemeinen ist ein bestimmter Zeitbetrag erforderlich, bevor ein aufgehängter oder abgefederter Körper, d.h. die Wasserstoffspeicherungslegierung, die in eine Aufhängung oder Federung innerhalb des Kraftstoffbehälters 20 auf Grund der Wirkung der Beschleunigung a gezwungen worden ist, sich wieder einpendelt. Die zum Einpendeln erforderliche Zeit neigt dazu, sich insbesondere auszudehnen, wenn die Beschleunigung a 1 G überschreitet. Somit ist es, wie es in 4 gezeigt ist, möglich, wenn die durch den Beschleunigungssensor 31 erfasste Beschleunigung a 1 G überschritten hat, das Gewicht M abzutasten, nachdem eine vorbestimmte Wartezeit vergangen ist.
In diesem Fall wird es möglich, einen Fehler bei der Messung des Gewichts M auf Grund dessen, dass die Wasserstoffspeicherungslegierung in eine Aufhängung oder Federung innerhalb des Kraftstoffbehälters 20 durch einen hohen Betrag der Beschleunigung a gezwungen worden ist, zu verringern, um das Gewicht M genauer zu erfassen. Durch das Erfassen des genauen Gewichts M des Kraftstoffbehälters 20 wird es möglich, eine genaue Wasserstoffmenge zu bestimmen (zu messen).
(2) Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein einzelner Kraftstoffbehälter 20 bei zwei Punkten bei dem Fahrzeugboden 12 befestigt ist, wobei das Gewicht durch die Gewichtssensoren 30 erfasst wird, ist es stattdessen möglich, einen der zwei Punkte mittels eines vertikal drehbaren Drehverbindungsabschnitts 26, wie er in 9 gezeigt ist, zu verbinden, wobei der Kraftstoffbehälter 20 über den Gewichtssensor 30 bei dem verbliebenen einen Punkt befestigt ist. Hierbei zeigt 9 eine Darstellung einer anderen Montageart des Kraftstoffbehälters 20 bei einem Fahrzeug.
In diesem Fall ist es ausreichend, einen einzelnen Gewichtssensor 30 für einen einzelnen Kraftstoffbehälter 20 bereitzustellen, was die Anzahl der erforderlichen Gewichtssensoren 30 verringert. Der durch den Gewichtssensor 30 erfasst Parameter ist ein Moment.
(3) Während in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ein Beschleunigungssensor 32 in der Nähe eines jeweiligen Gewichtssensors 30 angeordnet ist, ist es stattdessen möglich, einen Beschleunigungssensor 31 bei einem mittleren Platz zwischen zwei Gewichtssensoren 30, die bei einem Kraftstoffbehälter 20 bereitgestellt sind, anzuordnen, wie es in 10 gezeigt ist. Hierbei ist in 10 eine Darstellung eines weiteren Beispiels der Anordnung des Beschleunigungssensors 31 in der Mengenmessungsvorrichtung 50, die das erste Ausführungsbeispiel betrifft, gezeigt. In diesem Fall kann, da der Beschleunigungssensor 32 bei einem mittleren Platz zwischen zwei Gewichtssensoren 30 angeordnet ist, eine bei den Gewichtssensoren angewendete Beschleunigung in geeigneter Weise erfasst werden.
(4) Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Messungsvorrichtungen 50, 51, eine Anordnung einsetzen, durch die der Kraftstoffbehälter 20 unter seinem eigenen Gewicht (Gewicht, wenn er leer ist) von den Gewichtssensoren 30 hängt, kann stattdessen eine Anordnung eingesetzt werden, durch die das Gewicht des Kraftstoffbehälters 20 durch die elastische Kraft eines elastischen Elements aufgehoben wird, wie es in 11 gezeigt ist. Hierbei ist in 11 eine Darstellung einer anderen Montageart des Kraftstoffbehälters 20 bei einem Fahrzeug gezeigt. In 12 ist eine Darstellung einer Ausgangskennlinie des Gewichtssensors 30 gezeigt, die in der in 11 gezeigten Montageart erhalten wird.
In dem Beispiel zum Montieren des Kraftstoffbehälters 20 bei dem Fahrzeugboden 12, das in 11 gezeigt ist, wobei der leere Kraftstoffbehälter 20 von dem Fahrzeugboden 12 mittels Befestigungsbänder 21, einer Drehverbindung 26 und einer Feder (eines elastischen Elements) 27 aufgehängt wird und die elastische Kraft der Feder das Gewicht des leeren Kraftstoffbehälters 20 ausgleicht, ist der Kraftstoffbehälter 20 mit dem Gewichtssensor 30 über ein mit einem Gewichtssensor verbundenes Befestigungsband 211 verbunden. Als Ergebnis hängt der Kraftstoffbehälter 20 nicht unter seinem eigenem Gewicht von dem Gewichtssensor 30, so dass allein das Gewicht des eingeschlossenen Wasserstoffs (Wasserstoffmenge) durch den Gewichtssensor 30 direkt gemessen werden kann.
Folglich ist es, wenn die durch den Beschleunigungssensor 31 erfasste Beschleunigung a Null ist, möglich, das Gewicht M, das durch den Gewichtssensor 30 gemessen wird, direkt als die Wasserstoffmenge zu verwenden ohne das Gewicht des leeren Kraftstoffbehälters 20 zu berücksichtigen. Wenn der Kraftstoffbehälter 20 leer ist, bedeutet dies, dass er die Wasserstoffspeicherungslegierung beinhaltet, aber ohne darin eingeschlossenen Wasserstoff. Das elastische Element ist nicht auf eine Feder 27 begrenzt, sondern kann aus einem beliebigen elastischen Element bestehen, das eine elastische Kraft aufweist, die in der Lage ist, das Gewicht des Kraftstoffbehälters 20 aufzuheben. Die Feder 27 kann aus Metall oder Harz hergestellt sein und kann eine Spiralenkonfiguration oder eine Blattform aufweisen.
Hierbei ist eine Anordnung beschrieben worden, bei der dem Anfangsgewicht, das auf dem Gewichtssensor 30 lagert, ein Wert von Null zugewiesen wird, wobei es aber nicht notwendigerweise ein Wert von Null sein muss. Im Allgemeinen ist es, da das Kraftstoffbehältergewicht etwa 20 mal das Wasserstoffgewicht ist, vorausgesetzt, dass das Gewicht, das auf dem Gewichtssensor 30 lagert, unter Verwendung dieses Verfahrens minimiert werden kann, auch wenn es nicht Null ist, möglich, die Messungsgenauigkeit zu verbessern und eine kompaktere Messungsvorrichtung bereitzustellen.
(5) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Fall einer Wasserstoffspeicherungslegierung als die Form, in der Wasserstoff gespeichert wird, beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ebenso bei Fällen anwendbar, bei denen ein Hochdruckwasserstoff ohne die Verwendung einer Wasserstoffspeicherungslegierung gespeichert wird. Zusätzlich ist die Erfindung nicht auf Wasserstoff begrenzt, sondern ist ebenso bei einer Speicherung anderer Kraftstoffgase, d.h. von Erdgas anwendbar. Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf Kraftstoffgase begrenzt, sondern ist ebenso bei einer Speicherung von Gasen wie bspw. Sauerstoff oder Stickstoff anwendbar. Das heißt, in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wäre sie, da die Menge von Inhalten in dem Kraftstoffbehälter 20 durch ein Gewicht gemessen wird (erfasst wird), für die Messung von Mengen geeignet, bei denen die Inhalte gasförmig sind. Ferner können, da Mengen unter Berücksichtigung der Wirkungen der Beschleunigung a auf das erfasste Gewicht M gemessen werden können, Mengen auch in dem Fall von gasförmigen Inhalten genau gemessen werden, die eine kleinere Gewichtsänderung als Flüssigkeiten aufweisen.
(6) Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ebenso in der Form eines Computerprogramms oder eines Speicherträgers (elektronischer, magnetischer oder magnetooptischer Träger) mit einem darauf aufgezeichneten Computerprogramm verwirklicht werden.
Während eine Mengenmessungsvorrichtung und ein Mengenmessungsverfahren zum Messen einer verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Kraftstoffbehälter an Bord eines Fahrzeugs auf der Grundlage eines Gewichts gemäß der Erfindung im Hinblick auf Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, sollen die hier aufgezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung beim Verständnis der Erfindung helfen und nicht als Begrenzung hiervon ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Verbesserungen sind möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, wobei derartige Äquivalente natürlich von der Erfindung umfasst sind.
Eine Steuerungseinheit 40 erfasst eine Beschleunigung a, die durch einen Beschleunigungssensor 31 erfasst wird, und wenn die Steuerungseinheit 40 bestimmt, dass die Beschleunigung a nicht gleich Null ist, erfasst die Steuerungseinheit 40 wieder die Beschleunigung a. In dem Fall, dass die Steuerungseinheit 40 entscheidet, dass die Beschleunigung a gleich Null ist, erfasst die Steuerungseinheit 40 das durch den Gewichtssensor 30 erfasste Gewicht M. Die Steuerungseinheit 40 setzt eine Abtastung des Gewichts M fort, bis eine vorbestimmte Abtastungszeitdauer abgelaufen ist. Sobald die Abtastungszeitdauer abgelaufen ist, berechnet die Steuerungseinheit 40 den Durchschnittswert des Gewichts M, das durch die Abtastung erhalten wird, und verwendet den berechneten Durchschnittswert und ein Kennfeld bzw. eine Karte, um eine Wasserstoffmenge zu bestimmen.

Claims

Mengenmessungsvorrichtung zur Messung, auf der Grundlage eines Gewichts, der verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter, der an Bord eines Fahrzeugs befördert wird, wobei die Messungsvorrichtung umfasst: ein Gewichtsmessgerät, das zwischen dem Fahrzeug und dem Gaskraftstoffbehälter angeordnet ist und das Gewicht des Gaskraftstoffbehälters misst, ein Beschleunigungsmessgerät, das eine Beschleunigung des Fahrzeugs misst, und ein Berechnungsmodul, das die Menge eines Kraftstoffs, der in dem Gaskraftstoffbehälter verbleibt, aus dem gemessenen Gewicht und der gemessenen Beschleunigung berechnet.
Mengenmessungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmodul das gemessene Gewicht zu Zeiten abtastet, bei denen die durch das Beschleunigungsmessgerät gemessene Beschleunigung Null ist, und einen zugehörigen Durchschnittswert als das gemessene Gewicht zur Berechnung der Kraftstoffmenge verwendet.
Mengenmessungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmodul die Kraftstoffmenge berechnet, während die durch das Beschleunigungsmessgerät gemessene Beschleunigung berücksichtigt wird, um ein wahres Gewicht aus dem durch das Gewichtsmessgerät gemessenen Gewicht zu berechnen.
Mengenmessungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Vielzahl der Gewichtsmessgeräte bereitgestellt ist, das Beschleunigungsmessgerät so angeordnet ist, dass es in der Lage ist, eine Beschleunigung zu messen, die im Wesentlichen gleich zu der Beschleunigung ist, der die Gewichtsmessgeräte ausgesetzt sind, und das Berechnungsmodul das wahre Gewicht unter Verwendung des gemessenen Gewichts und einer Gewichtsschwankung auf Grund der gemessenen Beschleunigung berechnet.
Mengenmessungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gaskraftstoffbehälter ein verlängerter Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist und bei dem Fahrzeug über elastische Elemente in der Nähe des ersten und des zweiten Endes befestigt ist und das Gewichtsmessgerät bei dem Fahrzeug auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass es einen Wert von Null angibt, wenn das leere Behältergewicht des Gaskraftstoffbehälters die elastische Kraft der elastischen Elemente ausgleicht.
Mengenmessungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gaskraftstoffbehälter ein verlängerter Körper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist, wobei er in der Nähe des zugehörigen ersten Endes drehbar in der vertikalen Richtung bei dem Fahrzeug gehalten wird und in der Nähe des zugehörigen zweiten Endes bei dem Fahrzeug über das Gewichtsmessgerät angeordnet ist.
Verfahren zum Messen, auf der Grundlage eines Gewichts, der verbleibenden Kraftstoffmenge in einem Gaskraftstoffbehälter, der an Bord eines Fahrzeugs befördert wird, wobei das Mengenmessungsverfahren Schritte umfasst: zum Messen des Gewichts des Gaskraftstoffbehälters, zum Messen einer Beschleunigung des Fahrzeugs und zum Berechnen der verbleibenden Kraftstoffmenge in dem Gaskraftstoffbehälter unter Verwendung des gemessenen Gewichts und der gemessenen Beschleunigung.
Mengenmessungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Berechnung des verbleibenden Kraftstoffs mittels einer Abtastung eines gemessenen Gewichts zu Zeiten, bei denen die gemessene Beschleunigung Null ist, und einer Verwendung eines zugehörigen Durchschnittswerts als das gemessene Gewicht ausgeführt wird.
Mengenmessungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Berechnung des verbleibenden Kraftstoffs mittels einer Berücksichtigung der Beschleunigung ausgeführt wird, um ein wahres Gewicht, das nicht durch die Beschleunigung beeinflusst ist, von dem gemessenen Gewicht zu berechnen.