DE102012220406A1 - Method for determining speed of traveling wind acting along direction of travel on moving motor vehicle, involves calculating speed of the relative wind acting along direction of travel of motor vehicle from characteristic quantity - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrtwindes, der längs zur Fahrtrichtung auf ein bewegtes Kraftfahrzeug wirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Windgeschwindigkeit längs zur Fahrtrichtung eines bewegten Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie einen Datenträger, der dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist.The present invention relates to a method for determining the speed of a wind, which acts longitudinally to the direction of travel on a moving motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a method for determining the wind speed along the direction of travel of a moving motor vehicle. Moreover, the present invention relates to a computer program that performs all the steps of one of the inventive methods when it runs on a computing device, and a disk that stores this computer program. Finally, the invention relates to a control device which is designed to carry out one of the methods according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Der Fahrtwiderstand Fges eines Kraftfahrzeugs bezüglich des Fahrzeugvortriebs ist die Summe aus Rollwiderstand FRo, Steigungswiderstand FSt, Beschleunigungswiderstand FBe, Luftwiderstand FLu und Bremswiderstand FBr gemäß Formel 1:
Der Rollwiderstand FRo berechnet sich nach Formel 2, der Steigungswiderstand FSt berechnet sich nach Formel 3 und der Beschleunigungswiderstand FBe berechnet sich nach Formel 4:
Hierin bezeichnet m die Masse des Kraftfahrzeugs, g die Erdbeschleunigung, a die Fahrzeugbeschleunigung, μ den Rollwiderstandsbeiwert und α den Steigungswinkel der Fahrtstrecke.Here m denotes the mass of the motor vehicle, g the gravitational acceleration, a the vehicle acceleration, μ the rolling resistance coefficient and α the gradient angle of the route.
Der Luftwiderstand FLu berechnet sich nach Formel 5:
cw bezeichnet den Luftwiderstandsbeiwert, der beispielsweise im Fahrzeugversuch oder im Windkanal bestimmt werden kann. Heute sind die Mittel zur Verbesserung des cw-Wertes im Wesentlichen ausgereizt. A bezeichnet die Fahrzeugstirnfläche, die konstruktiv gegeben ist. ρ bezeichnet die Dichte der Luft. Diese ist bekannt und kann mittels Atmosphärendruckmessung bestimmt werden. v bezeichnet die Fahrzeuggeschwindigkeit, die aus der Radgeschwindigkeit und dem Radumfang bzw. der Gangwahl oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors und dem Radumfang bestimmt werden kann oder mit Hilfe eines Navigationssystems ermittelt werden kann. v0 bezeichnet die Gegenwindgeschwindigkeit. Sie ist abhängig von wetterbedingten Windverhältnissen und Effekten, die von vorausfahrenden Fahrzeugen hervorgerufen werden, wie beispielsweise einem Windschatten oder Verwirbelungen. Die Differenz von v und v0 wird als Fahrtwindgeschwindigkeit bezeichnet. Sie beschreibt die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug als bewegtem Körper und dem umgebenden Medium Luft. Bei „Rückenwind“ ist diese Fahrtwindgeschwindigkeit kleiner als die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, da sich das umgebende Medium in Umgebungsrichtung mitbewegt. Der dadurch verminderte Luftwiderstand erlaubt beispielsweise eine höhere maximale Fahrtgeschwindigkeit. Bei „Gegenwind“ ist die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Medium Luft größer als bei Windstille. Durch diese erhöhte Relativgeschwindigkeit ist der Luftwiderstand stärker, wodurch die maximale Fahrtgeschwindigkeit bei beispielsweise konstanter Antriebskraft abnimmt. Um bei Gegenwind die Fahrtgeschwindigkeit zu halten, wäre eine stärkere Antriebskraft notwendig.c w denotes the drag coefficient, which can be determined, for example, in a vehicle test or in a wind tunnel. Today, the means for improving the c w value are essentially exhausted. A denotes the vehicle end face, which is given constructively. ρ denotes the density of the air. This is known and can be determined by means of atmospheric pressure measurement. v denotes the vehicle speed, which can be determined from the wheel speed and the wheel circumference or the gear selection or the rotational speed of the internal combustion engine and the wheel circumference or can be determined with the aid of a navigation system. v 0 denotes the headwind speed. It is dependent on weather-related wind conditions and effects that are caused by vehicles in front, such as a slipstream or turbulence. The difference between v and v 0 is referred to as the travel wind speed. It describes the relative speed between the motor vehicle as a moving body and the surrounding medium air. In the case of "tailwind", this travel wind speed is less than the driving speed of the motor vehicle, since the surrounding medium moves in the surrounding direction. The resulting reduced air resistance allows, for example, a higher maximum travel speed. In "headwind" the relative speed between the motor vehicle and the medium air is greater than in calm weather. As a result of this increased relative speed, the air resistance is stronger, as a result of which the maximum travel speed decreases with, for example, a constant driving force. In order to keep the driving speed in headwinds, a stronger driving force would be necessary.
Die Fahrtwindgeschwindigkeit, welche in Formel 5 quadratisch eingeht, hat einen relevanten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch und damit die Reichweite des Kraftfahrzeugs. Steuer- und Regelstrategien für die Verbrauchsreduktion bzw. Reichweitenerhöhung von Kraftfahrzeugen benötigen aktuelle und/oder adaptive und/oder prädiktive Informationen über die einzelnen Fahrwiderstände gemäß Formel 1 und damit auch über die Fahrtwindgeschwindigkeit. Heutige Kraftfahrzeuge weisen keine Sensoren zur Erfassung der Fahrtwindgeschwindigkeit auf. Daher wird die Fahrtwindgeschwindigkeit bei Steuer- und Regelstrategien im Allgemeinen vernachlässigt, was zu Fehlern in diesen Strategien führt.The airspeed, which enters square in Formula 5, has a relevant impact on fuel consumption and thus the range of the motor vehicle. Control and regulating strategies for the reduction of consumption or increase in range of motor vehicles require up-to-date and / or adaptive and / or predictive information about the individual driving resistances according to
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrtwindes der längs zur Fahrtrichtung auf ein bewegtes Kraftfahrzeug wirkt, d. h. der Geschwindigkeit (v – v0) gemäß Formel 5, umfasst das Messen einer Kenngröße für eine Krafteinwirkung des Fahrtwindes des sich bewegenden Kraftfahrzeugs auf einen Rotor eines Motorlüfters des Kraftfahrzeugs und das Berechnen der Geschwindigkeit des Fahrtwindes der längs zur Fahrtrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkt, aus der Kenngröße. Die Erfindung betrifft somit die Nutzung eines vorhandenen Motorlüfters als Sensor zum Bestimmen der Fahrtwindgeschwindigkeit. Unabhängig vom Typ des Kraftfahrzeugs, egal, ob es sich um ein Fahrzeug mit klassischem Verbrennungsmotor, ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug handelt, ist bei allen Kraftfahrzeugen im Allgemeinen immer mindestens ein Lüfter hinter einer gegebenenfalls vorhanden Kühlerjalousie verbaut. Dieser soll einen oder mehrere Kühlkreisläufe in Abhängigkeit von der Fahrtwindgeschwindigkeit kühlen, wie beispielsweise den Motorkühlkreislauf oder einen HV-Batteriekühlkreislauf (High Voltage). Die Nutzung dieses Lüfters als Sensor ermöglicht die Bestimmung der Fahrtwindgeschwindigkeit mit bereits vorhandenen Komponenten des Kraftfahrzeugs.The method for determining the speed of a wind which acts longitudinally to the direction of travel on a moving motor vehicle, ie the speed (v - v 0 ) according to formula 5, comprises measuring a characteristic for a force of the moving wind of the moving motor vehicle on a rotor of an engine fan of the motor vehicle and calculating the speed of the wind which acts longitudinally to the direction of travel on the motor vehicle, from the characteristic. The invention thus relates to the use of an existing engine fan as a sensor for determining the driving wind speed. Regardless of the type of motor vehicle, whether it is a classic internal combustion engine, a hybrid vehicle, or an electric vehicle, all motor vehicles generally have at least one fan behind them, as appropriate Radiator blind installed. This is to cool one or more cooling circuits depending on the air speed, such as the engine cooling circuit or HV battery cooling circuit (High Voltage). The use of this fan as a sensor allows the determination of the airstream speed with existing components of the motor vehicle.
Wenn die Messung der Kenngrößen bei ausgeschaltetem Motorlüfter erfolgt, ist es bevorzugt, dass die Kenngröße die Drehzahl des Rotors oder die Frequenz der Nulldurchgänge einer induzierten Wechselspannung eines Elektromotors des Motorlüfters ist. Bei ausgeschaltetem Motorlüfter können bei aktuellen Motorlüftertypen Drehzahlen von mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute auftreten. Abhängig von der Ausführung des Motorlüfters kann die Drehzahl beispielsweise über einen im Lüfter verbauten Drehzahlsensor, wie beispielsweise einen Hallsensor oder einen induktiven Sensor erfasst werden. Im Fall von elektronisch kommutierten Elektromotoren kann die Frequenz der Nulldurchgänge der induzierten Wechselspannung gemessen werden. Beim Gleichstrommotor mit Kommutator kann die Drehzahl n von der induzierten Spannung in den Erregerspulen des Elektromotors abgeleitet werden. Die induzierte Spannung ist dabei abhängig vom Typ des verbauten Elektromotors. Beispielsweise gilt für die Scheitelspannung Ûs einer Spule eines Wechselstromgenerators die Formel 6:
Kg stellt hierbei eine generatorspezifische Konstante dar. K g represents a generator-specific constant.
Wenn die Messung der Kenngröße bei eingeschaltetem Motorlüfter erfolgt, ist es bevorzugt, dass die Kenngröße die zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl des Rotors benötigte Stromstärke des Rotors ist. Bei aktivem Lüfter regelt in der Regel die Lüftersteuerung eine durch die Steuerung des Kühlkreislaufs vorgegebene Drehzahl ein. Dafür wird ein bestimmter Strom benötigt. Abhängig von der Windgeschwindigkeit auf die Rotorblätter wird dafür mehr oder weniger Strom benötigt. Damit ist die Stromstärke windgeschwindigkeitsabhängig. Anhand der Stromstärke im aktiven Betrieb kann also auf die Fahrtwindgeschwindigkeit geschlossen werden. Zur Verbesserung der Genauigkeit erfolgt vorzugsweise ein Vergleich mit einer Referenzmessung bei stehendem Fahrzeug. Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Kombination der Versorgungsspannung und der Temperatur erfolgt.If the measurement of the characteristic takes place when the motor fan is switched on, it is preferred for the characteristic to be the current intensity of the rotor required to reach a given rotational speed of the rotor. When the fan is active, the fan control usually regulates a speed specified by the control of the cooling circuit. This requires a certain amount of electricity. Depending on the wind speed on the rotor blades, more or less electricity is needed. Thus, the current is wind speed dependent. On the basis of the current in active mode can therefore be closed on the travel wind speed. In order to improve the accuracy, a comparison is preferably made with a reference measurement when the vehicle is stationary. Furthermore, it is preferred that a combination of the supply voltage and the temperature takes place.
Es ist bevorzugt, dass beim Berechnen der Geschwindigkeit des Fahrtwindes, der längs zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs wirkt, mindestens ein Wert berücksichtigt wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus der Umgebungslufttemperatur, dem Umgebungsluftdruck und der Umgebungsluftdichte. Diese Parameter können genutzt werden, um additive oder subtraktive Korrekturbeträge oder Korrekturfaktoren für die Drehzahl des Motorlüfters zu bestimmen, welche in die Berechnung der Geschwindigkeit des Fahrtwindes einfließen.It is preferred that when calculating the speed of the airstream, which acts along the direction of travel of the motor vehicle, at least one value is selected, which is selected from the group consisting of the ambient air temperature, the ambient air pressure and the ambient air density. These parameters can be used to determine additive or subtractive correction amounts or correction factors for the speed of the motor fan, which are included in the calculation of the speed of the airstream.
Vorzugsweise wird beim Berechnen der Geschwindigkeit des Fahrtwindes, der längs zur Fahrtrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkt, das Ergebnis einer Kalibriermessung mindestens einer Kenngröße des Motorlüfters berücksichtigt, die bei eingeschaltetem Motorlüfter und geschlossener Kühlerjalousie des Motorlüfters im bewegten Fahrzeug durchgeführt wird. Alternativ ist es bevorzugt, dass beim Berechnen der Geschwindigkeit des Fahrtwindes der längs zur Fahrtrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkt das Ergebnis einer Kalibriermessung mindestens einer Kenngröße des Motorlüfters berücksichtigt wird, die bei eingeschaltetem Motorlüfter und geöffneter Kühlerjalousie oder fehlender Kühlerjalousie des Motorlüfters im unbewegten Kraftfahrzeug durchgeführt wird.Preferably, when calculating the speed of the airstream, which acts on the motor vehicle along the direction of travel, the result of a calibration measurement of at least one parameter of the engine fan, which is carried out with the engine fan switched on and the engine fan in the moving vehicle closed, is taken into account. Alternatively, it is preferred that when calculating the speed of the airstream that acts on the motor vehicle along the direction of travel, the result of a calibration measurement of at least one parameter of the engine fan is taken into account when the engine fan and the radiator shutter or radiator shutter of the engine fan are switched off.
Da in einem Kraftfahrzeug die Fahrzeuggeschwindigkeit v gemäß Formel 5 im Allgemeinen immer bekannt ist, kann bei Kenntnis der Fahrtwindgeschwindigkeit die Windgeschwindigkeit v0 gemäß Formel 5 in Richtung der Fahrzeuglängsachse abgeleitet werden. Dieser Wert kann dann in einer internen Betriebsstrategie des Fahrzeugs als Eingangsparameter verwendet werden. Beispielsweise verschiebt sich abhängig von der Windgeschwindigkeit bei gegebener Geschwindigkeit eines Hybridfahrzeugs der Betriebspunkt der Antriebsmotoren stark, und somit kann die Windgeschwindigkeit deren Aufteilung beeinflussen. Hierzu umfasst das Verfahren zur Ermittlung der Windgeschwindigkeit längs zur Fahrtrichtung des bewegten Kraftfahrzeugs das Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrtwindes, der längs zur Fahrtrichtung auf das bewegte Kraftfahrzeug wirkt, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Ermitteln der Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und das Berechnen der Windgeschwindigkeit längs zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs aus der Geschwindigkeit des Fahrtwindes, der längs zur Fahrtrichtung auf das Kraftfahrzeug wirkt, und aus der Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.Since in a motor vehicle, the vehicle speed v according to formula 5 is generally always known, the wind speed v 0 can be derived according to formula 5 in the direction of the vehicle longitudinal axis with knowledge of the airspeed. This value can then be used as an input parameter in an internal operating strategy of the vehicle. For example, depending on the wind speed at a given speed of a hybrid vehicle, the operating point of the drive motors shifts greatly, and thus the wind speed may affect their division. For this purpose, the method for determining the wind speed along the direction of travel of the moving motor vehicle comprises determining the speed of the airstream, which acts longitudinally to the direction of travel on the moving motor vehicle, by means of the inventive method, determining the travel speed of the motor vehicle and calculating the wind speed along the direction of travel of the motor vehicle from the speed of the wind, which acts longitudinally to the direction of travel of the motor vehicle, and from the travel speed of the motor vehicle.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Der erfindungsgemäße Datenträger speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, das dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit eines Fahrtwindes und/oder die Windgeschwindigkeit längs zur Fahrtrichtung eines bewegten Kraftfahrzeugs zu ermitteln.The computer program according to the invention makes it possible to implement the method according to the invention in an existing control unit, without having to make any structural changes thereto. For this purpose, it performs all the steps of a method according to the invention, when it runs on a computing device or controller. The data carrier according to the invention stores the computer program according to the invention. By loading the computer program according to the invention on Control unit, the control unit according to the invention is obtained, which is adapted to determine the speed of a wind and / or the wind speed along the direction of travel of a moving motor vehicle.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Anordnung eines Motorlüfters
Bei fahrendem Kraftfahrzeug wirkt auf den Rotor
ρ bezeichnet hierbei die Dichte der Luft. Eine Windströmung auf die Rotorblätter führt zur Drehung des Rotors
Der Zusammenhang zwischen Drehmoment M und Drehzahl n des Motorlüfters
Zur erfindungsgemäßen Bestimmung einer Fahrtwindgeschwindigkeit im Steuergerät
Als nächstes wird der Einfluss von Lufttemperatur und Luftdruck, d. h. der Luftdichte, eliminiert. Mit dem Drehmoment und einer gemessenen Lufttemperatur kann aus
In Kraftfahrzeugen mit Kühlerjalousie
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Fahrtwindgeschwindigkeit und Windgeschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug mit Kühlerjalousie
In noch einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Messung des Drehzahlabfalls im Lüfterauslauf. Der Motorlüfter
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