DE102013216638A1

DE102013216638A1 - Arbitrierung von strassengradientenschätzungen

Info

Publication number: DE102013216638A1
Application number: DE102013216638.9A
Authority: DE
Inventors: Hai Yu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US20140067153A1; CN103661394B; US10042815B2; CN103661394A

Abstract

Es werden ein Fahrzeug und ein Fahrzeugsystem mit einer Steuereinrichtung bereitgestellt, welche dafür ausgebildet ist, einen Ausgang, der für einen Straßengradienten indikativ ist, auf der Basis mindestens einer von einer ersten Schätzung, einer zweiten Schätzung und einer dritten Schätzung zu erzeugen. Der Straßengradient basiert auf der ersten Schätzung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist und ein Eingang, der für eine Längsbeschleunigung indikativ ist, verfügbar ist. Der Straßengradient basiert auf der zweiten Schätzung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert ist und die Längsbeschleunigung verfügbar ist. Der Straßengradient basiert auf der dritten Schätzung, wenn die Längsbeschleunigung nicht verfügbar ist

Description

Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren zum Schätzen von Straßengradient und Fahrzeugmasse.
Straßensteigung und Fahrzeugmasse sind zwei Parameter, welche eine Anzahl von Fahrzeugsteuerungsfunktionen beeinflussen. Zu diesen Funktionen gehören Antriebsstrangsteuerung, Energiemanagementsteuerung, Getriebesteuerung, Bremssteuerung und Stabilitätssteuerung. Zum Beispiel weisen herkömmliche Fahrzeuge eine Brennkraftmaschine auf, welche ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Die Brennkraftmaschine stellt Drehmoment über das Getriebe den Antriebsrädern sogar dann zur Verfügung, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft. Ein solches Drehmoment wird als Kriechmoment bezeichnet. Wenn ein Fahrzeug auf einer geneigten Fläche angehalten wird, ergänzt dieses Kriechmoment ein Drehmoment, das von einem Bremssystem ausgeübt wird (Bremsmoment), um das Fahrzeug in einer stationären Position zu halten. Wenn die Brennkraftmaschine abgestellt würde, während das Fahrzeug auf der Steigung angehalten wurde, würde das Kriechmoment der Brennkraftmaschine beseitigt, und es würde zusätzliches Bremsmoment benötigt, um die Fahrzeugposition aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass das Fahrzeug zurückrollt. Die benötigte Menge an zusätzlichem Bremsmoment hängt von Straßensteigung und Fahrzeugmasse ab.
Ein Mikrohybridfahrzeug kann eine Start-Stopp-Strategie zum Starten und Stoppen der Fahrzeugbrennkraftmaschine während eines Fahrereignisses ermöglichen. Die Brennkraftmaschine wird abgestellt, wenn keine Leistung benötigt wird (z. B. beim Warten an einer Verkehrsampel). Sobald Leistung angefordert wird, wird die Brennkraftmaschine automatisch wieder gestartet. Indem ein unnötiger Betrieb der Brennkraftmaschine im Leerlauf vermieden wird, wird die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs verbessert. Ein Mikrohybrid, der eine Start-Stopp-Funktionalität aufweist, kann den Bremsdruck einstellen, um eine Fahrzeugposition aufrechtzuerhalten, wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird, während das Fahrzeug an einer Steigung angehalten wird. Ein solcher Mikrohybrid schätzt Straßensteigung und Fahrzeugmasse und stellt dem Bremsdruck auf der Basis dieser Schätzungen ein.
Bei einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einer Steuereinrichtung bereitgestellt, welche dafür ausgebildet ist, einen Ausgang, der für einen Straßengradienten indikativ ist, auf der Basis mindestens einer von einer ersten Schätzung, einer zweiten Schätzung und einer dritten Schätzung zu erzeugen. Der Straßengradient basiert auf der ersten Schätzung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist und ein Eingang, der für eine Längsbeschleunigung indikativ ist, verfügbar ist. Der Straßengradient basiert auf der zweiten Schätzung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert ist und die Längsbeschleunigung verfügbar ist. Der Straßengradient basiert auf der dritten Schätzung, wenn die Längsbeschleunigung nicht verfügbar ist.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem mit einer Steuereinrichtung bereitgestellt, welche dafür ausgebildet ist, einen Ausgang, der für einen Straßengradienten indikativ ist, auf der Basis mindestens einer von einer statischen Schätzung, einer kinematischen Schätzung und einer dynamischen Schätzung zu erzeugen. Der Straßengradient basiert auf der statischen Schätzung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Der Straßengradient basiert auf der kinematischen Schätzung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Der Straßengradient basiert auf der dynamischen Schätzung, wenn eine Längsbeschleunigung nicht verfügbar ist. Die Steuereinrichtung ist außerdem dafür ausgebildet, einen Ausgang zu erzeugen, der für einen Qualitätsfaktor indikativ ist, der einer gewählten Schätzung entspricht. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Arbitrieren einer Straßengradientenschätzung bereitgestellt. Es wird ein Ausgang, welcher für einen Straßengradienten indikativ ist, auf der Basis mindestens einer von einer statischen Schätzung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist, einer kinematischen Schätzung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert ist, und einer dynamischen Schätzung, wenn eine Längsbeschleunigung nicht verfügbar ist, erzeugt. Es wird außerdem ein Ausgang erzeugt, der für einen Qualitätsfaktor indikativ ist, der einer gewählten Schätzung entspricht.
Somit bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es eine Straßengradientenschätzung aus einer Anzahl von verschiedenen Schätzungen (statisch, kinematisch und dynamisch) arbitriert oder auswählt. Jede Straßengradientenschätzung ist für verschiedene Fahrzeugbedingungen geeignet. Durch Arbitrieren zwischen diesen verschiedenen Schätzungen stellt das Fahrzeugsystem eine Straßengradientenschätzung über einem weiten Bereich von Fahrzeugbedingungen bereit.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein Fahrzeugsystem zum Schätzen von Straßengradient und Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweist;
2 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs von 1, das auf einer Straße dargestellt ist, die mit einem Gradienten geneigt ist;
3 ist eine Unteransicht des Fahrzeugs von 1;
4 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein Verfahren zum Arbitrieren einer Straßengradientenschätzung, das von dem Fahrzeugsystem von 1 durchgeführt wird, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
die 5A–5E sind Zeitdiagramme, die Straßengradientenschätzungen zeigen, die durch das Verfahren von 4 gesteuert werden;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Arbitrieren von Straßengradientenschätzungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
7 ist ein Zeitdiagramm, das Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Auswerten eines Konvergenzstatus eines Beschleunigungsmessers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verriegeln des statischen Straßengradienten-Ausgangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
die 10A–10C sind Zeitdiagramme, welche Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung und Straßengradientenschätzungen, die durch das Verfahren von 9 gesteuert werden, zeigen;
11 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein Verfahren zur kinematischen Straßengradientenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen kinematischer Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
die 13A–13D sind Zeitdiagramme, welche Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung und Straßengradientenschätzungen, die durch das Verfahren von 12 gesteuert werden, zeigen;
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrzeugfahrsituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen einer Fahrzeugquergeschwindigkeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
16 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen eines Karosserie-Wankwinkels gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
17 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Auswählen von Aufhängungsparametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
18 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein Verfahren zur Fahrzeugmassenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen der Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Rücksetzen von Fahrzeugmassenschätzungs-Parametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Fahrzeugmassenschätzungs-Parametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
22 ist ein Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenschätzungen zeigt;
23 ist ein anderes Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenschätzungen zeigt;
24 ist noch ein anderes Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenschätzungen zeigt;
25 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen der Qualität einer Schätzfunktion gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt;
die 26A–26C sind Zeitdiagramme, welche Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung und Straßengradientenschätzungen, die durch das Verfahren von 25 gesteuert werden, zeigen; und
die 27A–27G sind Zeitdiagramme, welche Fahrzeuggeschwindigkeit und Qualitätsfaktoren, die durch das Verfahren von 25 gesteuert werden, zeigen.
Wie erforderlich, werden hierin ausführlich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verwirklicht werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Daher sollen spezielle bauliche und funktionelle Einzelheiten, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend verstanden werden, sondern nur als repräsentative Basis, um einem Fachmann auf diesem Gebiet zu erläutern, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen eingesetzt werden kann.
Es wird auf 1 Bezug genommen; sie zeigt ein Fahrzeugsystem zum Schätzen von Straßengradient und Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Fahrzeugsystem 10 ist innerhalb eines Fahrzeugs 12 dargestellt. Das Fahrzeugsystem 10 weist eine Steuereinrichtung, wie etwa ein Motorsteuerungsmodul (Engine Control Module, ECM) 14, eine Brennkraftmaschine (Internal Combustion Engine, ICE) 16 und eine Fahrzeugsystemsteuereinrichtung (Vehicle System Controller, VSC) 18 auf, welche miteinander in Verbindung stehen. Die VSC 18 empfängt Eingangssignale, welche Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Beschleunigung (a), Gierrate (r) und Drehmoment (T_pwt, T_brk) entsprechen, und liefert dann als Reaktion auf die Eingangssignale Ausgangssignale, welche einer Straßengradientenschätzung (Road Gradient Estimation, RGE) und einer geschätzten Fahrzeugmasse (Mv) entsprechen.
Die dargestellte Ausführungsform stellt das Fahrzeug 12 als ein Mikrohybridfahrzeug dar, welches ein Fahrzeug ist, das von der Brennkraftmaschine 16 angetrieben wird, und die Brennkraftmaschine 16 wird wiederholt gestartet und abgestellt, um Kraftstoff zu sparen. Ein verbesserter Anlassermotor 20 ist mit einer Brennkraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt. Der Anlassermotor 20 empfängt elektrische Leistung und gibt ein Ausgangsdrehmoment an die Kurbelwelle ab, um die Brennkraftmaschine 16 zu starten. Obwohl sie in Verbindung mit einem Mikrohybridfahrzeug 12 dargestellt und beschrieben werden, versteht es sich, dass Ausführungsformen des Fahrzeugsystems 10 auch auf anderen Typen von Fahrzeugen implementiert werden können, wie etwa einem Fahrzeug mit herkömmlichem Antriebsstrang, einem Batterie-Elektrofahrzeug (Battery Electric Vehicle, BEV), welches von einem Elektromotor ohne Unterstützung durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird, und einem Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle, HEV), welches von einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Das Fahrzeug 12 weist ein Getriebe 22 zum Einstellen des Ausgangsdrehmoments der Brennkraftmaschine 16 auf. Drehmoment von der Brennkraftmaschine 16 wird über das Getriebe 22 durch eine Getriebeabtriebswelle 26 zu einem Differential 24 übertragen. Achshalbwellen 28 erstrecken sich von dem Differential 24 zu einem Paar angetriebener Räder 30, um Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs 12 zur Verfügung zu stellen.
Das Fahrzeug 12 weist einen Schalthebel 32 zum manuellen Wählen eines Getriebeganges auf. Der Schalthebel 32 weist einen Sensor (nicht dargestellt) zum Bereitstellen eines Ausgangssignals auf, welches einem gewählten Getriebegang entspricht (z. B. PRNDL). Ein Getriebesteuerungsmodul (Transmission Control Module, TCM) 34 kommuniziert mit dem Schalthebel 32 und dem Getriebe 22, um das Übersetzungsverhältnis auf der Basis der Schalthebelwahl einzustellen. Alternativ dazu kann der Schalthebel 32 mechanisch mit dem Getriebe 22 verbunden sein, um das Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Das Fahrzeug 12 weist ein Bremssystem auf, welches ein Bremspedal 36 sowie einen Bremskraftverstärker und einen Hauptzylinder, welche in 1 allgemein durch einen Bremsbetätigungsblock 38 dargestellt sind, aufweist. Das Bremssystem weist außerdem ein ABS-Bremssteuerungsmodul 40 auf, welches mit Radbremsanordnungen 42 und dem Bremsbetätigungsblock 38 durch eine Reihe von Hydraulikleitungen 44 verbunden ist, um eine Reibungsbremsung zu bewirken. Die Radbremsanordnungen 42 sind jeweils einem Rad 30 zugeordnet und können als Bremssattel- oder Trommelbremsanordnungen ausgebildet sein. Jede Radbremsanordnung 42 weist einen Sensor (nicht dargestellt) zum Bereitstellen eines Raddrehzahlsignals (w_s) auf. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen liefert das ABS-Bremssteuerungsmodul 40 auf der Basis der Raddrehzahlsignale ein berechnetes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (Vx) an die VSC 18.
Das Bremssystem weist außerdem Sensoren zum Breitstellen von Informationen auf, welche aktuellen Bremscharakteristiken entsprechen. Das Bremssystem weist einen Positionsschalter zum Bereitstellen eines Bremspedalzustandssignals (S_bp) auf, welches einer Bremspedalposition (z. B. betätigt oder gelöst) entspricht. Bei anderen Ausführungsformen weist das Bremssystem einen Positionssensor (nicht dargestellt) zum Messen der Bremspedalposition auf. Das Bremssystem weist außerdem einen oder mehrere Drucksensoren zum Bereitstellen eines Bremsdrucksignals (P_brk) auf, welches einem Ist-Bremsdruckwert innerhalb des Bremssystems entspricht (z. B. Bremsleitungsdruck, Hauptzylinderdruck oder Druck an den Radanordnungen).
Das Fahrzeug 12 weist ein Gaspedal 48 mit einem Positionssensor zum Bereitstellen eines Gaspedalpositionssignals (APP) auf, welches einer Fahreranforderung für Antrieb entspricht. Das ECM 14 steuert die Drosselklappe der Brennkraftmaschine 16 auf der Basis des Signals APP.
Das Fahrzeug 12 weist eine Energiespeichervorrichtung wie etwa eine Batterie 50 auf. Die Batterie 50 versorgt die Steuereinrichtungen des Fahrzeugs und den Anlassermotor 20 mit elektrischer Energie, wie in 1 allgemein durch gestrichelte Linien angegeben ist. Das Fahrzeug 12 kann eine einzige Batterie 50 enthalten, wie etwa eine herkömmliche Niederspannungsbatterie, oder mehrere Batterien, darunter eine Hochspannungsbatterie. Zusätzlich kann das Fahrzeug 12 auch andere Typen von Energiespeichervorrichtungen aufweisen, wie etwa Kondensatoren oder Brennstoffzellen.
Das Fahrzeug 12 weist außerdem einen oder mehrere Inertialsensoren 52 auf, welche ein Ausgangssignal bereitstellen, das der Fahrzeugbeschleunigung (a) entspricht. Bei einer Ausführungsform liefert der Inertialsensor 52 ein Ausgangssignal, das einer Längsbeschleunigung entspricht. Bei einer anderen Ausführungsform liefern die Inertialsensoren 52 Ausgangssignale, welche Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung und Vertikalbeschleunigung entsprechen und welche in 1 alle allgemein durch die Variable ”a” bezeichnet sind. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen liefern die Inertialsensoren 52 außerdem ein Ausgangssignal (r), das einer Gierrate entspricht. Bei anderen Ausführungsformen ist der Sensor 52 ein Neigungsmesser (nicht dargestellt), welcher ein Ausgangssignal liefert, das einem Straßengradienten entspricht, kombiniert mit einem Fahrzeugnickwinkel.
Das Fahrzeug 12 weist ein Navigationssystem 54 zum Empfangen von Zielinformationen von einem Fahrer auf. Das Navigationssystem 54 kommuniziert außerdem mit mehreren Systemen/Netzen, welche extern in Bezug auf das Fahrzeug sind. Zum Beispiel kann das Navigationssystem 54 Sender-Empfänger zum Kommunizieren mit Satelliten (z. B. GPS) und Computern (über Mobilfunknetze, Festnetzverbindungen oder Funkwellen (RF)) (nicht dargestellt) aufweisen. Solche Netze sind in der US-Patentanmeldung 12/744,092 von Pleet et al. detailliert beschrieben, welche hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Das Navigationssystem 54 bestimmt eine Entfernung zwischen einem gegenwärtigen Standort der Fahrzeugs 12 und dem von dem Fahrer gewählten Fahrtziel und stellt diese Entfernung, zusammen mit Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Höheninformationen, die dem Fahrzeug 12 zugeordnet sind, dessen Zielorten oder anderen relevanten GPS-Wegpunkten, der VSC 18 zur Verfügung.
Die VSC 18 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen, Sensoren und Steuereinrichtungen, um deren Funktion zu koordinieren. Wie für die abgebildete Ausführungsform dargestellt, empfängt die VSC 18 mehrere Eingangssignale (z. B. S_bp, P_brk, Brennkraftmaschinendrehzahl (Ne), Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Antriebsstrangmoment (T_pt), Bremsmoment (T_br), a und r) von verschiedenen Fahrzeugsensoren und Steuereinrichtungen. Obwohl die VSC 18 als eine einzige Steuereinrichtung dargestellt ist, kann sie mehrere Steuereinrichtungen beinhalten, welche verwendet werden können, um mehrere Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamt-Fahrzeugsteuerungslogik oder -software zu steuern. Die Fahrzeugsteuereinrichtungen, einschließlich der VSC 18, enthalten im Allgemeinen eine Anzahl von Mikroprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), integrierten Schaltungen (ICs), Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um zur Ausführung einer Reihe von Operationen zusammenzuwirken. Die Steuereinrichtungen enthalten außerdem vorbestimmte Daten oder ”Nachschlagtabellen”, welche auf Berechnungen und Testdaten basieren und in dem Speicher gespeichert sind. Die VSC 18 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuereinrichtungen (z. B. dem ECM 14, dem TCM 34 usw.) über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung gängiger Busprotokolle (z. B. CAN und LIN).
Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen; das Fahrzeug 12 ist hier mit einer Anzahl von Kräften, Beschleunigungen und Momenten dargestellt, die auf es einwirken. Das Fahrzeug 12 ist in Bezug auf ein Koordinatensystem dargestellt, das um einen Schwerpunkt (Center of Gravity, CG) des Fahrzeugs zentriert ist. Das Koordinatensystem weist eine Längsachse (x), eine Querachse (y) und eine vertikale Achse (z) auf. Es wird auf 2 Bezug genommen; das Fahrzeug 12 ist auf einer geneigten Fläche positioniert. Die Fläche weist einen Gradienten (Straßengradient) auf, welcher mit dem Symbol α_r bezeichnet ist. Zusätzlich ist der Fahrzeugnickwinkel relativ zu dem Straßengradienten mit dem Symbol θ bezeichnet. Das Gewicht des Fahrzeugs ist mit Mg bezeichnet, was auf den Schwerpunkt CG des Fahrzeugs 12 einwirkend dargestellt ist, wobei M eine geschätzte Fahrzeugmasse ist und g die Schwerebeschleunigung bezeichnet (9,8 m/s²). Die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 12 ist mit dem Symbol V_x bezeichnet und wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auf der Basis der Raddrehzahlsignale (W_s, in 1 dargestellt) bestimmt. Die Längsbeschleunigung und die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs 12 sind durch Variable a s / x bzw. a s / z dargestellt, wobei der (die) hochgestellte(n) Buchstabe(n) angibt (angeben), dass das Signal von einem Sensor bereitgestellt wird, wie etwa den in 1 dargestellten Inertialsensoren 52. Es wird auf 3 Bezug genommen; die Gierwinkelrate wirkt um die vertikale Achse (z) herum und ist mit dem Buchstaben r bezeichnet. Der (Die) Inertialsensor(en) 52 ist (sind) an dem Fahrzeug 12 bezüglich des CG versetzt angebracht, und das Fahrzeugsystem 10 berechnet Beschleunigungswerte am CG auf der Basis des Versatzes. Der Längsversatz zwischen den Sensoren 52 und dem CG ist in 3 mit I_d bezeichnet, und der seitliche Versatz (Querversatz) ist mit I_c bezeichnet.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Verfahrens 410 Verfahren zur Arbitrierung einer Straßengradientenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 410 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Fahrzeugsystem weist eine Anzahl von Algorithmen zum Schätzen des Straßengradienten auf, wobei jeder Algorithmus für andere Fahrzeugbedingungen geeignet ist. Das Verfahren 410 wählt einen Straßengradienten-Schätzalgorithmus auf der Basis aktueller Fahrzeugbedingungen aus.
Die VSC empfängt Eingänge an einem Signalverarbeitungsblock 412. Die Eingänge beinhalten Fahrzeugzustände und Sensorsignale (z. B. a s / x, a s / y, a s / z, r), abgeleitete oder berechnete Werte (z. B. Vx, T_pwt, T_brk, F_pwt, F_brk) und Qualitätsfaktoren, welche alle allgemein durch einen Eingang 414 dargestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem Eingänge von dem Navigationssystem, welche Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung entsprechen und welche allgemein durch einen Eingang 418 dargestellt sind.
Im Block 420 schätzt die VSC den Straßengradienten (RGE) unter Verwendung eines statischen, eines kinematischen und eines dynamischen Schätzalgorithmus, welche durch Unterblöcke 422, 424 bzw. 426 dargestellt sind. Die RGE-Werte werden einem RGE-Arbitrierungs- und Diagnoseblock 428 zugeführt, welcher auf der Basis einer Anzahl von Fahrzeugbedingungen auswählt, welche Schätzung (RGE_st, RGE_kin oder RGE_dyn) als ein Ausgang (RGE_out) für andere Fahrzeugsysteme bereitgestellt werden soll.
Der statische Straßengradienten-Schätzalgorithmus (RGE-Algorithmus) 422 schätzt einen Straßengradienten auf der Basis des Längsbeschleunigungseingangs (a s / x) . Eine statische RGE ist für Bedingungen eines Fahrzeugstillstands geeignet, wie etwa eine Brennkraftmaschinen-Start-Stopp-Funktionalität, wenn ein Mikrohybrid auf einer Steigung angehalten wird. Wenn das Fahrzeug auf einer Steigung angehalten wird (wie in 2 dargestellt), ist der Längsbeschleunigungswert (a s / x) aufgrund einer Einfederung innerhalb des Fahrzeugaufhängungssystems, welche durch den Fahrzeugnickwinkel (θ) repräsentiert wird, mit einem systematischen Fehler behaftet. Der statische RGE-Algorithmus gleicht den Fahrzeugnickwinkel aus, wie in Verbindung mit 7–10C detailliert beschrieben wird. Im Allgemeinen ist die statische RGE der genaueste Algorithmus unter den drei Straßengradientenschätzungen, da seine Schätzung den minimalen Schätzungseingang erfordert und es sich um die am direktesten abgeleiteten Schätzergebnisse handelt. Die statische RGE ist jedoch nur unter den Bedingungen eines Fahrzeugstillstands verfügbar.
Der kinematische RGE-Algorithmus 424 schätzt RGE auf der Basis von Eingangsgrößen, die den kinematischen Eigenschaften des Fahrzeugs entsprechen, darunter der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungen und Gierrate. Der Algorithmus verarbeitet den Eingang unter Verwendung eines Kalman-Filters, wie in Verbindung mit 11–13D detailliert beschrieben wird. Der kinematische RGE-Algorithmus 424 ist für normale Bedingungen der Fahrzeugbewegung geeignet (z. B. Vx > 5 km/h), da einige der zugrunde liegenden Berechnungen bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten ungenau sind. Außerdem ist ein Kalman-Filter ein dynamisches Filter, und eine gute Schätzung ist gewöhnlich nicht verfügbar, bevor der Schätzzustand konvergiert hat. Die Einschwingzeit hängt von der Differenz zwischen dem Anfangszustand und dem wahren Straßensteigungszustand ab, sowie von den Schätzbedingungen wie: Gehalt des Signals an Frequenzkomponenten und Signal-Rausch-Verhältnis usw.
Der dynamische RGE-Algorithmus 426 schätzt RGE auf der Basis von Eingangsgrößen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsmoment und Antriebsstrang-Abtriebsmoment) und anderen Widerstandskräften, die auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und die Straßengradientenlast), entsprechen. Das Fahrzeugsystem weist einen Algorithmus zum Schätzen der Fahrzeugmasse auf, welcher in Block 426 enthalten ist und in Verbindung mit den 18–24 detailliert beschrieben wird. Im Allgemeinen weist die dynamische RGE, verglichen mit statischer und kinematischer RGE, Bedingungen niedrigerer Qualität auf, da an ihrer Schätzung mehr Signale beteiligt sind und das Rauschen und der Fehler in jedem Signal sich bis zum endgültigen RGE-Ausgang fortpflanzen. Für die dynamische RGE wird jedoch nicht das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) benötigt, und daher hat sie einen anderen Anwendungsbereich für Signale als die statischen und die kinematischen Schätzungen. Zum Beispiel ist im Falle von Sensorfehlerbedingungen das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) möglicherweise nicht verfügbar, und dann ist die dynamische RGE die einzige verfügbare Schätzung.
Im Block 430 führt das Fahrzeugsystem eine Fahrzustandsüberwachung und eine Schätzalgorithmusanpassung durch. Die Schätzalgorithmusanpassung beinhaltet eine Vorwärtsregelungs-Eingangskompensation für den Algorithmus RGE_kin von Block 424, welche in Verbindung mit 14–17 detailliert beschrieben wird.
Im Block 432 wertet das Fahrzeugsystem Fahrzeugbetriebsbedingungen aus, wie etwa Fahrzeugstabilität, Schwingungen und Geschwindigkeit und übermittelt eine entsprechende Beurteilung an den Block 428. Im Block 434 bestimmt das Fahrzeugsystem einen Qualitätsfaktor für jeden RGE-Algorithmus (QF_st, QF_kin, QF_dyn), zusammen mit einem Gesamt-RGE-Qualitätsfaktor (QF_RGE). Bei einer oder mehreren Ausführungsformen wird QF_RGE mit RGE_out anderen Fahrzeugsystem zur Verfügung gestellt. Solche Qualitätsbewertungen werden in Verbindung mit den 25–27G detailliert beschrieben. Im Allgemeinen bewertet ein Qualitätsfaktor sowohl die Verfügbarkeit als auch die Genauigkeit der geschätzten Informationen. Der Qualitätsfaktor wird aus einem Bereich von 0–3 ausgewählt, wobei ein Qualitätswert von drei (3) eine einwandfreie Qualität bezeichnet, zwei (2) eine gewisse Beeinträchtigung bezeichnet, eins (1) eine schlechte Qualität bezeichnet und ein Wert null angibt, dass eine Schätzung gegenwärtig nicht verfügbar ist.
Die 5A–5E zeigen die Auswirkung des Verfahrens 410 zur Arbitrierung von Straßengradientenschätzungen von 4. Die 5A–5E enthalten 5 Diagramme von Messdaten, die über einem gemeinsamen Zeitraum auf einer Straße mit einem bekannten Ist-Straßengradienten aufgezeichnet wurden. 5A zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st). 5B zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin). 5C zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und den Straßengradientenschätzungs-Ausgang (RGE_out). 5D zeigt den Straßengradientenschätzungs-Ausgang (RGE_out) und den Ist-Straßengradienten (α_r). 5E zeigt den prozentualen Fehler zwischen RGE_out und α_r.
Die 5A–5C zeigen, wie das Verfahren 410 während eines Fahrzyklus, in dem das Fahrzeug mehrmals anhält, zwischen der statischen und der kinematischen Straßengradientenschätzung arbitriert. Die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) ist in jeder der 5A–5C dargestellt. Das Fahrzeug legt bei der dargestellten Ausführungsform drei Stopps ein, welche mit den Bezugszeichen 512, 514 und 516 bezeichnet sind.
Wie in 5A dargestellt, ist die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) verfügbar, wenn das Fahrzeug anhält oder stillsteht. Beim ersten Stopp 512 gibt RGE_st an, dass der Straßengradient ungefähr 20% beträgt, wie durch das Bezugszeichen 518 dargestellt ist. RGE_st gibt an, dass der Straßengradient ungefähr 0% beim zweiten Stopp und –12% beim dritten Stopp beträgt, wie durch die Bezugszeichen 520 bzw. 522 angegeben ist. Wenn sich das Fahrzeug bewegt, ist eine statische Straßengradientenschätzung nicht verfügbar, und die Kurve von RGE_st ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, gleich null.
Wie in 5B dargestellt, ist die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin) verfügbar, wenn das Fahrzeug fährt, oder während einer normalen Fahrzeugbewegung. Vor dem ersten Stopp 512 zeigt RGE_kin an, dass sich der Straßengradient von ungefähr 0% auf 20% erhöht, wie durch das Bezugszeichen 524 dargestellt ist. Am ersten Stopp 512 ist RGE_kin nicht verfügbar, und RGE_kin wird bei dem letzten Wert von RGE_kin fixiert/verriegelt, wie durch das Bezugszeichen 526 dargestellt ist. Zwischen dem ersten Stopp 512 und dem zweiten Stopp 514 fällt RGE_kin von ungefähr 20% auf 0%, wie durch das Bezugszeichen 528 dargestellt ist. Zwischen dem zweiten Stopp 514 und dem dritten Stopp 516 fällt RGE_kin von ungefähr 0% auf –12%, wie durch das Bezugszeichen 530 dargestellt ist. Nach dem dritten Stopp 516 erhöht sich RGE_kin von ungefähr –12% auf 0%, wie durch das Bezugszeichen 532 dargestellt ist.
Wie in 5C dargestellt, wird als die ausgegebene Straßengradientenschätzung (RGE_out), wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, im Allgemeinen RGE_st unter Bedingungen eines Stillstands gewählt, und RGE_kin, wenn sich das Fahrzeug bewegt. 5D zeigt RGE_out zusammen mit dem tatsächlichen Straßengradienten (α_r). 5E zeigt den prozentualen Fehler (Fehler) zwischen RGE_out und α_r. Für dieses Beispiel beträgt der Fehler ungefähr +/–4%.
Tabelle A zeigt einen Vergleich der Eingangsgrößen und Fahrzeugbedingungen, die den Algorithmen zum Schätzen eines Straßengradienten zugeordnet sind, und ist nachfolgend angegeben:
In der Spalte 1 von Tabelle A sind die drei Algorithmen zur Straßengradientenschätzung angegeben: statisch, kinematisch und dynamisch. In den Spalten 2–4 sind die primären Eingangsgrößen angegeben, welche der jeweilige Algorithmus für seine Schätzung verwendet. Zum Beispiel schätzt das Fahrzeugsystem einen statischen Straßengradienten auf der Basis der Fahrzeugbeschleunigung. Das Fahrzeugsystem schätzt einen kinematischen Straßengradienten auf der Basis von Fahrzeuggeschwindigkeit und Beschleunigung, und das Fahrzeugsystem schätzt einen dynamischen Straßengradienten auf der Basis von Fahrzeuggeschwindigkeit und Raddrehmoment/Kraft. Diese Eingangsgrößen können gemessene Werte sein, oder abgeleitete Werte, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Außerdem verwendet das Fahrzeugsystem bei einigen Ausführungsformen weitere Eingangsgrößen zusätzlich zu denjenigen, die in 5 dargestellt sind, für die entsprechenden Straßengradientenschätzungen.
In den Spalten 5–8 sind die Fahrzeugbedingungen angegeben, unter denen die jeweilige Straßengradientenschätzung verfügbar ist. Zum Beispiel ist die statische Straßengradientenschätzung verfügbar, wenn das Fahrzeug stillsteht. Die kinematische Straßengradientenschätzung ist verfügbar, wenn das Fahrzeug sich normal bewegt (z. B. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 5 mph (Miles pro Stunde) ist). Die dynamische Straßengradientenschätzung ist verfügbar, wenn das Fahrzeug stillsteht, oder während der normalen Fahrzeugbewegung. Obwohl aus Spalte 6 der Tabelle hervorgeht, dass keine der Schätzungen bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. weniger als 5 mph) verfügbar ist, stellt das Fahrzeugsystem unter solchen Bedingungen trotzdem eine genaue Straßengradientenschätzung bereit, wie unten unter Bezugnahme auf die 25–26C beschrieben wird.
In Spalte 7 ist die Konvergenzphase der jeweiligen Schätzung angegeben. Die Konvergenzphase betrifft die Zeit, welche das Fahrzeugsystem benötigt, um während eines Übergangs zwischen Fahrzeugbedingungen (z. B. von einem Stillstand zu sehr niedriger Geschwindigkeit, zu normaler Bewegung) einen Straßengradienten unter Verwendung des jeweiligen Algorithmus zu schätzen.
Es wird auf 6 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Arbitrieren von Straßengradientenschätzungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 610 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 610 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen entsprechen die Operationen des Verfahrens 610 den Operationen des Verfahrens 410, das unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde. Das Fahrzeugsystem weist eine Anzahl von Algorithmen zum Schätzen des Straßengradienten auf, wobei jeder Algorithmus für andere Fahrzeugbedingungen geeignet ist. Das Verfahren 610 wählt einen Straßengradienten-Schätzalgorithmus auf der Basis von Schätzstatus, Schätzbereitschaft und Schätzqualitätsfaktoren aus. Der Schätzstatusfaktor für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) ist als eine Boolesche Variable (WAHRFALSCH-) definiert und wird durch Variable (STATUS_st, STATUS_kin und STATUS_dyn) repräsentiert. Der Schätzstatusfaktor gibt an, ob die Schätzbedingung erfüllt ist und ob die Schätzfunktion ihren Zustand auf einem entsprechenden RGE-Kanal (RGE_st, RGE_kin und RGE_dyn) aktualisiert. Ein Statuswert WAHR gibt an, dass das Schätzverfahren die dynamischen Zustände des Fahrzeugs (z. B. Vx, a s / x, a s / y, a s / z und r) aktiv überwacht und die Straßengradienteninformationen und ihr Schätzkanal aktualisiert werden.
Der Schätzbereitschaftsfaktor für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) ist ebenfalls als eine Boolesche Variable (WAHR/FALSCH) definiert und wird durch Variable (READY_st, READY_kin und READY_dyn) repräsentiert. Die Schätzbereitschaft gibt im Allgemeinen die gegenwärtige Nützlichkeit der RGE-Funktion an. Genauer, die statische Schätzbereitschaft (READY_st) gibt an, ob RGE_st bereits eine Straßengradientenschätzung für den gegenwärtigen Fahrzeugstandort bereitgestellt hat. Die Werte der kinematischen und dynamischen Schätzbereitschaft (READY_kin und READY_dyn) geben an, dass ihr Schätzzustand mit einem Qualitätsfaktor größer als 2 (verminderte oder einwandfreie Qualität) für mehr als eine Schwellenwertzeitdauer validiert ist. Bei Vorliegen einer nicht geeigneten (”unqualifizierten”) Schätzbedingung hat die akkumulierte Zeit unter dieser Bedingung einen anderen Zeitschwellenwert nicht überschritten, so dass der Schätzzustand nicht über die Grenze verminderter Qualität hinaus abgewichen ist. Der Schätzqualitätsfaktor für den RGE-Ausgang sowie derjenige für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) entspricht einem Wert zwischen 0–3 und wird durch Variable (QF_RGE, QF_st, QF_kin und QF_dyn) repräsentiert. Der Schätzqualitätsfaktor bewertet sowohl die Verfügbarkeit als auch die Genauigkeit der geschätzten Straßengradienteninformationen. QF_RGE ist die Qualitätsbewertung des allgemeinen RGE-Ausgangssignals, welche auf dem Qualitätsfaktor des gewählten RGE-Algorithmus beruht und entsprechend der dynamischen Situation des Fahrzeugs nach dem Aktualisierungsereignis weiter verarbeitet wird. Eine solche Qualitätsbewertung ist in Verbindung mit 25–26C detailliert beschrieben. Für den ausgewerteten Qualitätsfaktor von einzelnen Kanälen QF_st, QF_kin und QF_dyn gibt eine Wert von 3 einwandfreie Qualität an, und ein Wert von 2 gibt an, dass die Schätzung nach wie vor verfügbar ist, der aktuelle Wert jedoch möglicherweise außerhalb des vorgegebenen Genauigkeitsbereiches liegt.
Im Schritt 612 wertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus der statischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob STATUS_st den Wert WAHR hat. Falls die Bestimmung im Schritt 612 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 614 fort. Im Schritt 614 wertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzbereitschaft der statischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob READY_st den Wert WAHR hat. Falls die Bestimmung im Schritt 614 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 616 fort. Im Schritt 616 wertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der statischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob QF_st gleich drei ist (einwandfreie Qualität). Falls die Bestimmung im Schritt 616 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 618 fort und wählt die statische Straßengradientenschätzung aus, indem es den RGE-Ausgang gleich RGE_st setzt. Falls die Bestimmung in Schritt 612 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 620 fort.
Im Schritt 620 wertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus der kinematischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob STATUS_kin den Wert WAHR hat. Falls die Bestimmung im Schritt 620 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 622 fort. Im Schritt 622 wertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzbereitschaft der kinematischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob READY_kin den Wert WAHR hat. Falls die Bestimmung im Schritt 622 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 624 fort. Im Schritt 624 wertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der kinematischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob QF_kin gleich drei ist (einwandfreie Qualität). Falls die Bestimmung im Schritt 616 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 626 fort und wählt die kinematische Straßengradientenschätzung aus, indem es den RGE-Ausgang gleich RGE_kin setzt.
Die statische und die kinematische Straßengradientenschätzung werden gegenüber RGE_dyn bevorzugt, da RGE_dyn aufgrund zusätzlicher Signale in seiner Schätzung niedrigere Qualitätsbedingungen aufweist und das Rauschen in jedem Signal sich bis zum endgültigen RGE-Ausgang fortpflanzt. Daher kann sogar dann, wenn der statische und der kinematische Qualitätsfaktor kleiner als drei sind, das Fahrzeugsystem noch immer RGE_st oder RGE_kin anstatt RGE_dyn auswählen.
Falls die Bestimmung in Schritt 616 negativ ist, so ist QF_st kleiner als 3, und das Fahrzeugsystem fährt mit Schritt 628 fort. Im Schritt 628 setzt das Fahrzeugsystem einen vorläufigen Qualitätsfaktor (QF_tmp) gleich QF_st und eine vorläufige Straßengradientenschätzung (RGE_tmp) gleich RGE_st. In ähnlicher Weise ist, falls die Bestimmung in Schritt 624 negativ ist, QF_kin kleiner als 3, und das Fahrzeugsystem fährt mit Schritt 630 fort. In Schritt 630 setzt das Fahrzeugsystem einen vorläufigen Qualitätsfaktor (QF_tmp) gleich QF_kin und eine vorläufige Straßengradientenschätzung (RGE_tmp) gleich RGE_kin. Nach beiden Schritten 628 und 630 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 632 fort, um den Gesamt-RGE-Qualitätsfaktor (QF_RGE) auszuwerten.
Im Schritt 632 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob QF_RGE kleiner als 3 ist. Falls die Bestimmung negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 634 fort und aktualisiert RGE nicht. Falls die Gesamt-RGE einwandfreie Qualität aufweist, wird das Fahrzeugsystem keine andere RGE mit niedrigerer Qualität auswählen. Falls die Bestimmung in Schritt 632 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 636 fort.
Im Schritt 636 wertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus und die aktuelle Schätzbereitschaft der dynamischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob sowohl STATUS_dyn als auch READY_dyn den Wert WAHR haben. Falls die Bestimmung im Schritt 636 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 638 fort. Im Schritt 638 wertet das Fahrzeugsystem den vorläufigen Qualitätsfaktor QF_tmp aus, um zu bestimmen, ob er größer als oder gleich 2 ist. Falls die Bestimmung im Schritt 638 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 634 fort und aktualisiert RGE nicht. Falls die Bestimmung im Schritt 638 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 640 fort und wählt den vorläufigen (statischen oder kinematischen) Straßengradienten aus, indem es RGE gleich RGE_tmp setzt. Falls die Bestimmung im Schritt 636 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 642 fort.
Im Schritt 642 wertet das Fahrzeugsystem den vorläufigen Qualitätsfaktor (QF_tmp) und den dynamischen Qualitätsfaktor (QF_dyn) aus, um zu bestimmen, ob der minimale Wert von QF_tmp und QF_dyn größer als oder gleich 2 ist. Falls die Bestimmung im Schritt 642 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 644 fort. Im Schritt 644 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob QF_tmp größer als QF_dyn ist. Falls die Bestimmung im Schritt 644 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 640 fort und wählt den vorläufigen (statischen oder kinematischen) Straßengradienten aus, indem es RGE gleich RGE_tmp setzt. Falls die Bestimmung im Schritt 644 negativ ist (QF_tmp ist nicht größer als QF_dyn), fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 646 fort und wählt den dynamischen Straßengradienten aus, indem es RGE gleich RGE_dyn setzt.
Falls die Bestimmung in den Schritten 614, 620 oder 622 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 648 fort. Im Schritt 648 wertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus und die aktuelle Schätzbereitschaft der dynamischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob sowohl STATUS_dyn als auch READY_dyn den Wert WAHR haben.
Falls die Bestimmung im Schritt 648 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 650 fort. Im Schritt 650 wertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der dynamischen RGE-Funktion aus, um zu bestimmen, ob QF_dyn größer als oder gleich zwei ist. Falls die Bestimmung im Schritt 650 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 646 fort und wählt die dynamische Straßengradientenschätzung aus, indem es den RGE-Ausgang gleich RGE_dyn setzt. Falls die Bestimmungen in den Schritten 648 oder 650 negativ sind, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 652 fort und aktualisiert den RGE-Ausgang nicht, indem es den RGE-Ausgangswert bei dem vorhergehenden RGE-Ausgangswert verriegelt. Nach den Schritten 618, 626, 640, 646 und 652 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 654 fort. Im Schritt 654 stellt das Fahrzeugsystem den RGE-Ausgang und QF bereit und kehrt dann zu Schritt 612 zurück, um eine weitere Iteration des Verfahrens 610 durchzuführen.
Somit bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es eine Straßengradientenschätzung aus einer Anzahl von verschiedenen Schätzungen (statisch, kinematisch und dynamisch) arbitriert oder auswählt. Jede Straßengradientenschätzung ist für verschiedene Fahrzeugbedingungen geeignet. Durch Arbitrieren zwischen diesen verschiedenen Schätzungen stellt das Fahrzeugsystem eine Straßengradientenschätzung über einem weiten Bereich von Fahrzeugbedingungen bereit. Es wird wieder auf 2 Bezug genommen; die statische und die kinematische Straßengradientenschätzung basieren auf Gleichungen der Fahrzeugkinematik. Die Kinematik beschäftigt sich allgemein mit der Beschreibung, wie sich ein Körper in Raum und Zeit bewegt. Die Gleichungen der Fahrzeugkinematik basieren auf den Fahrzeugbeschleunigungswerten (a s / x, a s / y, a s / z), welche von den Inertialsensoren (52) bereitgestellt werden. Das Koordinatensystem (x, y, z) ist bezüglich der Straße und um den Schwerpunkt (CG) des Fahrzeugs herum ausgerichtet. Die Inertialsensoren 52 sind jedoch bezüglich des Koordinatensystems (x, y, z) versetzt angebracht, wobei I_c ein seitlicher Versatz ist und I_d ein Längsversatz ist. Außerdem liefern die Inertialsensoren 52 Ausgangssignale, welche aufgrund der Fahrzeugaufhängung bezüglich des Koordinatensystems versetzt sind. Der Fahrzeugnickwinkel (θ) repräsentiert einen Winkelversatz bezüglich der Längsachse (x). Der Fahrzeugwankwinkel (ϕ) (nicht dargestellt) repräsentiert einen Winkelversatz bezüglich der Querachse (y), und die Fahrzeuggierrate (r) repräsentiert einen Winkelversatz bezüglich der vertikalen Achse (z). Das Fahrzeugsystem schätzt den Straßengradienten (α_r) und trennt daher die Versatze des Fahrzeugs (z. B. den Fahrzeugnickwinkel (θ)) von dem Straßengradienten (α_r).
Die geltenden kinematischen Gleichungen für den Fahrzeugrahmen sind nachfolgend angegeben: a s / x + l_cr . = (V ._x – r·V_y)cosθ + gsin(α_r + θ) (1) a s / y + l_dr . = (V ._y – r·V_x)cosϕ_v – gsinϕcos(α_r + θ) (2) a s / z = V ._xsinθ + gcos(α_r + θ) + n_az (3) wobei a s / x, a s / y, a s / z die Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigung sind. I_c ist die Verschiebung durch den seitlichen Versatz des Sensors bezüglich des Rotationsmittelpunkts (CG) des Fahrzeugs bei einem Wendemanöver, und I_d ist die Verschiebung durch den Längsversatz des Sensors. V_x und V_y sind Längsgeschwindigkeit und Quergeschwindigkeit; und V ._x, V ._y und V ._z sind die berechnete Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigung; θ ist der Fahrzeugnickwinkel, und r ist die Gierrate. ϕ ist der Gesamt-Fahrzeugwankwinkel, welcher der Summe des Fahrzeugkarosserie-Wankwinkels ϕ_v und des Fahrbahnquerneigungswinkels ϕ_b entspricht. Außerdem repräsentiert n_az sämtliche Störungen der Fahrzeugbeschleunigung, die durch Schwingungen der Fahrzeugaufhängung und Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche hervorgerufen werden.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen statischen Straßengradienten auf der Basis der Fahrzeuglängsbeschleunigung und von Gleichung 1. Da das Fahrzeug statisch ist, oder stillsteht, werden die Längsgeschwindigkeit (V_y), die Längsbeschleunigung (V ._x), die Gierrate und die Ableitung der Gierrate gleich null gesetzt, und die kinematischen Gleichungen werden vereinfacht. Gleichung 4 ist eine Gleichung zur Berechnung der Längsbeschleunigung unter statischen Bedingungen und ist nachfolgend angegeben: a s / x = g(α_r + θ) ≈ gsinα_r + gθ (4)
Der Fahrzeugnickwinkel (θ) aufgrund der Einfederung ist proportional zum Straßengradientenwinkel, θ ≈ K_p(gsinα_r), wobei K_p die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie im stationären Zustand repräsentiert. K_p ist ein vorbestimmter Wert, der auf dem Betrag von a s / x basiert. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen enthält die VSC gespeicherte Daten, die einer Nachschlagtabelle von vorkalibrierten Daten entsprechen, mit dem Wert von K_p, interpoliert in Bezug auf den Vektor von Werten von a s / x über seinem positiven und negativen Betriebsbereich. Gleichung 5 beschreibt einen Ableitungs-Zwischenschritt, und Gleichung 6 ist eine Gleichung zum Berechnen des Straßengradienten (α_r) unter statischen Bedingungen, wie nachfolgend angegeben: a s / x ≈ g(1 + K_p·g)sinα_r (5)
Im Allgemeinen ist die statische RGE der genaueste Algorithmus unter den drei RGE-Schätzungen, da seine Schätzung den minimalen Schätzungseingang erfordert und es sich um die am direktesten abgeleiteten Schätzergebnisse handelt. Die statische RGE ist jedoch nur unter den Bedingungen eines Fahrzeugstillstands verfügbar.
7 zeigt Messdaten, die gewonnen wurden, während das Fahrzeug auf einer Steigung anhält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 7 zeigt die Eingangssignale Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und Längsbeschleunigung (a s / x) zusammen mit Daten der Straßensteigung (α_r), die gemäß Gleichung 6 berechnet wurden. Zum Zeitpunkt t₁ verlangsamt sich das Fahrzeug, wie durch den fallenden Verlauf von Vx angegeben ist. Zum Zeitpunkt t₂ hält das Fahrzeug an. Nachdem das Fahrzeug angehalten hat, ist auf dem Längsbeschleunigungssignal (a s / x) ein Rauschen vorhanden, das auf Schwingungen der Fahrzeugkarosserie zurückzuführen ist, wie mit dem Bezugszeichen 712 bezeichnet. Dieses Rauschen wird durch die Berechnung des Straßengradienten verstärkt, wie durch die Kurve des Straßengradienten α_r dargestellt und mit dem Bezugszeichen 714 bezeichnet ist. Zum Zeitpunkt t₃ ist das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) ausreichend konvergiert, um Qualitätsinformationen für eine Schätzung der Straßensteigung zu liefern, wie mit dem Bezugszeichen 716 bezeichnet. Die Zeitdifferenz zwischen t₂ und t₃ beträgt bei der dargestellten Ausführungsform ungefähr 3 s. Daher kann ein Fahrzeugsystem, das sich auf die Berechnung des Straßengradienten (α_r) für RGE stützt, ungefähr 3 s warten, bevor es den Wert verwendet. Diese Verzögerung hat eine verminderte Kraftstoffwirtschaftlichkeit für einen Mikrohybrid zur Folge, der eine Start-Stopp-Funktionalität für die Brennkraftmaschine verwendet.
Es wird auf 8 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Auswerten eines Konvergenzstatus eines Beschleunigungsmessers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 810 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Während das Fahrzeugsystem den statischen Straßengradienten schätzt, können sein Schätzzustand und seine Schätzqualität kontinuierlich überwacht werden. Ein Schätzung hoher Qualität erfolgt, wenn der Ausgang (a s / x) des Beschleunigungsmessers konvergiert hat und (a s / x) mindestens für eine gewisse Zeitdauer in einem solchen stationären Zustand gehalten wird. Dem Ausgang (a s / x) des Beschleunigungsmessers wird ein Konvergenzstatusfaktor (CON_st) zugeordnet, welcher mittels eines dreistufigen Codes angibt, ob sich das Rohsignal in einem stationären Zustand befindet oder nicht. Hierbei gibt ein Wert von CON_st, welcher gleich 0 ist, an, dass die Konvergenz nicht stabil ist; ein CON_st mit dem Wert 1 gibt an, dass die Konvergenz einigermaßen stabil ist; und ein CON_st mit dem Wert 2 gibt an, dass die Konvergenz sehr stabil ist.
Außerdem wird das Konvergenzstatussignal (CON_st) auch verwendet, um die Qualität des statischen RGE-Ausgangs zu bewerten. Zum Beispiel entspricht bei einer oder mehreren Ausführungsformen ein CON_st von 2 (sehr stabil) einer Schätzung von höchster oder einwandfreier Qualität (QF_st = 3). Ein CON_st von 1 (einigermaßen stabil) entspricht einer Schätzung von verminderter Qualität (QF_st = 2). Ein CON_st von 0 (nicht stabil) entspricht einer nicht geeigneten (”nicht qualifizierten”) Schätzung (QF_st = 1) oder einem Nichtvorhandensein von Daten (QF_st = 0). Das Konvergenzstatussignal (CON_st) basiert auf der Ableitung der Längsbeschleunigung.
Im Schritt 812 wertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und den Konvergenzstatusfaktor (CON_st) aus, um zu bestimmen, ob sowohl Vx kleiner als ein Schwellenwert für niedrige Geschwindigkeit ist als auch die Qualität des Beschleunigungsmessersignals OK ist (z. B. ob CON_st = 2 ist). Falls die Bestimmung im Schritt 812 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 814 fort. Im Schritt 814 wertet das Fahrzeugsystem den Konvergenzstatusfaktor (CON_st) aus, um zu bestimmen, ob CON_st angibt, dass das Signal stabil ist (z. B. ob CON_st = 2 ist). Falls die Bestimmung im Schritt 814 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 816 fort und setzt die Timer und Flags zurück, indem es einen Timer ”stabil” (stable timer), einen Timer ”konvergierend” (converging timer), einen Timer ”nicht stabil” (non-stable timer) und den Konvergenzstatusfaktor (CON_st) alle auf null setzt (CON_st = nicht stabil). Das Fahrzeugsystem setzt außerdem ein Flag Grade_found auf FALSCH (UNWAHR), wenn ein RGE-Wert verfügbar ist. Grade_found gibt an, ob für ein vorliegendes Fahrzeug-Stopp-Ereignis bereits eine gültige Schätzung (RGE_st) bereitgestellt worden ist. Ein Grade_found, welches den Wert WAHR hat, gibt an, dass eine gültige RGE_st bereits bereitgestellt worden ist, und ein Grade_found, welches den Wert FALSCH hat, gibt an, dass eine gültige RGE_st noch nicht bereitgestellt worden ist oder nicht mehr gültig ist. Falls die Bestimmung im Schritt 812 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 818 fort.
Grade_found bedeutet, dass bei dem gegenwärtigen Fahrzeug-Stopp-Ereignis eine gültige Steigungsschätzung aus dem statischen Schätzalgorithmus erhalten worden ist, bevor die Schätzbedingung verletzt wird. Teilen Sie mir bitte mit, ob Ihnen das ausreichend klar ist. Danke! Mit ”die Schätzbedingung wurde verletzt” meine ich, die Situation ist für eine Schätzung nicht mehr geeignet. Für statische RGE ist ein solches Ereignis, dass sich die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Geschwindigkeitsschwellenwert, z. B. 5 km/h, hinaus erhöht hat.
Im Schritt 818 berechnet das Fahrzeugsystem einen Längsruck (a . s / x), oder eine erste Ableitung der Längsbeschleunigung, unter Verwendung eines Tiefpassfilters. Im Schritt 820 vergleicht das Fahrzeugsystem den Ruck (a . s / x) mit einem Konvergenzschwellenwert, um zu bestimmen, ob (a . s / x) kleiner als der Konvergenzschwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 820 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 822 fort, und der Timer ”nicht stabil” zählt mit der Zykluszeit Dt hoch. Das Fahrzeugsystem fährt auch mit Schritt 822 fort, falls die Bestimmung im Schritt 814 positiv ist. Im Schritt 824 wertet das Fahrzeugsystem den Timer ”nicht stabil” aus, um zu bestimmen, ob der Timer ”nicht stabil” größer als ein Schwellenwert für den Timer ”nicht stabil” ist. Falls die Bestimmung im Schritt 824 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 826 fort und setzt den Timer ”konvergierend”, den Timer ”stabil” und den Konvergenzstatusfaktor (CON_st) alle auf null (CON_st = Nicht stabil). Falls die Bestimmung im Schritt 820 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 828 fort.
Im Schritt 828 wertet das Fahrzeugsystem den Längsruck (a . s / x) aus, um zu bestimmen, ob a . s / x kleiner als ein Stabilisierungsschwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 828 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 830 fort, und der Timer ”konvergierend” zählt mit der Zykluszeit Dt hoch. Im Schritt 832 wertet das Fahrzeugsystem den Timer ”konvergierend” aus, um zu bestimmen, ob der Timer ”konvergierend” größer als der Konvergenzzeitschwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 832 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 834 fort und setzt die Timer ”nicht stabil” und ”stabil” zurück, indem es sie auf null setzt; es setzt den Konvergenzstatusfaktor auf ”einigermaßen stabil” (CON_st = 1) und setzt Grade_found auf WAHR. Falls die Bestimmung im Schritt 828 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 836 fort
Im Schritt 836 zählt der Timer ”stabil” mit der Zykluszeit Dt hoch. Im Schritt 838 wertet das Fahrzeugsystem den Timer ”stabil” aus, um zu bestimmen, ob der Timer ”stabil” größer als ein Stabilisierungszeitschwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 838 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 840 fort und setzt die Timer ”nicht stabil” und ”konvergierend” zurück, indem es sie auf null setzt; es setzt den Konvergenzstatusfaktor auf ”sehr stabil” (CON_st = 2) und setzt Grade_found auf WAHR.
Es wird auf 9 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Verriegeln des statischen Straßengradienten-Ausgangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 910 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Im Allgemeinen wird, sobald das Fahrzeugsystem bestimmt, dass der Konvergenzstatus sehr stabil ist (z. B. CON_st = 2), RGE_st verriegelt, um jeden Einfluss von zukünftigen Fahrzeugstörungen zu vermeiden. Die Verriegelung wird gelöst, wenn das Fahrzeugsystem erkennt, dass sich das Fahrzeug bewegt. Ein Signal STATIC_lock zeigt an, ob RGE_st verriegelt, entriegelt oder ”unter Quarantäne” ist. Ein Verriegelungsstatus ”unter Quarantäne” zeigt einen Zwischenzustand zwischen ”verriegelt” und ”entriegelt” an, wobei das Fahrzeugsystem auf zusätzliche Informationen wartet.
Im Schritt 912 tritt das Fahrzeugsystem in einen Initialisierungszustand ein, welcher das Signal STATIC_lock auf ”entriegelt” setzt. Im Schritt 914 wertet das Fahrzeugsystem das Signal STATIC_lock aus, um zu bestimmen, ob der statische Straßengradient (RGE_st) verriegelt ist. Falls die Bestimmung im Schritt 914 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 916 fort. Im Schritt 916 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob das Signal STATIC_lock ”unter Quarantäne” ist. Falls die Bestimmung in 916 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 918 fort. Im Schritt 918 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob GRADE_found den Wert WAHR hat. Das Signal GRADE_found basiert auf dem aktuellen Signal RGE_out. Falls die Bestimmung im Schritt 918 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 920 fort. Im Schritt 920 wertet das Fahrzeugsystem das Konvergenzstatussignal aus, um zu bestimmen, ob CON_st ”sehr” stabil ist (z. B. ob CON_st = 2 ist). Falls die Bestimmung im Schritt 920 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 922 fort und setzt STATIC_lock auf ”verriegelt”. Danach wird im Schritt 924 die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) verriegelt. Falls die Bestimmung im Schritt 914 positiv ist (z. B. STATIC_lock = verriegelt), fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 926 fort.
Im Schritt 926 wertet das Fahrzeugsystem das Signal ”Steigung gefunden” (GRADE_found) aus, um zu bestimmen, ob GRADE_found = WAHR ist. Falls die Bestimmung im Schritt 926 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 928 fort und wertet das Konvergenzstatussignal aus, um zu bestimmen, ob CON_st nicht stabil ist (z. B. ob CON_st = 0 ist). Falls die Bestimmung im Schritt 928 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 930 fort und setzt STATIC_lock auf ”unter Quarantäne”. Nach Schritt 930, und falls die Bestimmungen in den Schritten 928 oder 934 negativ sind, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 924 fort und verriegelt die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st). Falls die Bestimmung im Schritt 916 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 932 fort.
Im Schritt 932 wertet das Fahrzeugsystem das Signal ”Steigung gefunden” aus, um zu bestimmen, ob GRADE_found = WAHR ist. Falls die Bestimmung im Schritt 932 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 934 fort und wertet das Konvergenzstatussignal aus, um zu bestimmen, ob CON_st sehr stabil ist (z. B. ob CON_st = 2 ist). Falls die Bestimmung im Schritt 934 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 922 fort und setzt STATIC_lock auf ”verriegelt”. Falls die Bestimmung im Schritt 932, 918, 920 oder 926 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 936 fort und setzt STATIC_lock auf ”verriegelt”. Nach den Schritten 936 und 924 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 938 (Nächster bzw Nächster) fort und kehrt dann zum Schritt 914 zurück.
Es wird auf die 10A–10C Bezug genommen; das Fahrzeugsystem schätzt den statischen Straßengradienten (RGE_st) auf der Basis der Verfahren 810 und 910 der 8 und 9. Die 10A–10C enthalten 3 Diagramme mit Messdaten, die über ein und demselben Zeitraum erfasst wurden und allgemein mit dem Bezugszeichen 1010 bezeichnet sind. Außerdem schätzt das Fahrzeugsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einen Anfangswert für RGE_st auf der Basis entweder der kinematischen oder der dynamischen Straßengradientenschätzung und filtert dann das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer variablen Bandbreite, um RGE_st zu bestimmen.
10A zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und ein Signal, das die variable Bandbreite des Tiefpassfilters (flt) repräsentiert, wobei das Filter eine geringe Bandbreite aufweist, wenn flt gleich 1 ist, und eine große Bandbreite, wenn flt gleich null ist. 10B zeigt den gemessenen Längsbeschleunigungswert (a s / x). 10C zeigt die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) zusammen mit der kinematischen Straßengradientenschätzung (RGE_kin). Bei einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bandbreiten über einen Frequenzbereich zwischen 2,5 Hz und 0,04 Hz verteilt, wobei die große Bandbreite dem oberen Ende des Frequenzbereiches entspricht und die kleine Bandbreite dem unteren Ende des Frequenzbereiches entspricht. Bei anderen Ausführungsformen entspricht die große Bandbreite ungefähr 1 Hz, und die kleine Bandbreite entspricht ungefähr 0,05 Hz.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen Anfangswert für RGE_st auf der Basis entweder der kinematischen oder der dynamischen Straßengradientenschätzung. Falls keine Schätzungen verfügbar sind, verwendet das Fahrzeugsystem einen Standardwert. Da die statische RGE-Funktion erst beginnt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als ein vordefinierter Schwellenwert (z. B. 1 km/h) ist, ist der Anfangswert des Schätzalgorithmus ein Faktor bei der Konvergenzzeit, oder der Verzögerung, bis RGE_st gegen den Ist-Straßengradienten konvergiert. Glücklicherweise beinhaltet das Fahrzeugsystem mehrere Algorithmen zur Straßengradientenschätzung. Die anderen Schätzalgorithmen, der kinematische und der dynamische, funktionieren hauptsächlich unter der Bedingung, dass sich das Fahrzeug in Bewegung befindet. Daher werden vor dem Start des statischen RGE-Algorithmus Informationen über den Straßengradienten einige Sekunden vor dem aktuellen Zeitpunkt oder einige Meter hinter dem Fahrzeug (unter der Annahme, dass das Fahrzeug vorwärts fährt) aus den anderen Algorithmen verfügbar sein, und diese sind die gültigen Referenzwerte, mit denen der statische RGE-Algorithmus starten kann. Danach übernimmt der statische RGE-Algorithmus die Hauptrolle bei der Schätzung zur Fortsetzung der Überwachung der Änderung des Straßengradienten, während die anderen beiden Algorithmen in Ermangelung geeigneter (”qualifizierter”) Schätzbedingungen ausgesetzt werden. Genauer, der statische RGE-Algorithmus nimmt, wenn die Schätzbedingungen erfüllt sind, den Ausgang entweder des kinematischen oder des dynamischen Schätzalgorithmus als seinen Anfangswert, je nachdem, welcher die höchste Qualität der Auswertung aufweist. Wenn keiner von ihnen den Qualitätsanforderungen genügt, wird stattdessen ein Standardwert verwendet. Die qualifizierte statische Schätzbedingung besteht darin, dass der Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist und dieser Geschwindigkeitsschwellenwert kleiner als die Geschwindigkeitsschwellenwerte ist, welche verwendet werden, um die Aussetzung der anderen beiden RGE-Algorithmen zu bestimmen.
Zum Zeitpunkt t₁ beginnt das Fahrzeug, sich zu verlangsamen, wie durch den fallenden Kurvenabschnitt von Vx dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t₂ hält das Fahrzeug an, und RGE_st wird aktiv. Anstatt bei 0% zu beginnen und gegen den Ist-Straßengradienten zu konvergieren, beginnt RGE_st beim letzten Wert von RGE_kin, wie im Punkt 1012 dargestellt, wo RGE_st gleich RGE_kin ist und beide einen Wert von ungefähr –22% haben. Danach konvergiert die Schätzung RGE_st, während sie Daten akkumuliert, zum Zeitpunkt t₃ gegen den Ist-Straßengradienten von ungefähr –20%, wie mit dem Bezugszeichen 1014 bezeichnet.
Nachdem das Fahrzeug angehalten hat, ist auf dem Längsbeschleunigungssignal (a s / x) ein Rauschen vorhanden, das auf Schwingungen der Fahrzeugkarosserie zurückzuführen ist, wie mit dem Bezugszeichen 1016 bezeichnet. Das Fahrzeugsystem filtert das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer variablen Bandbreite, wie durch die Kurve flt in 1018 dargestellt. Das Fahrzeugsystem berechnet einen gefilterten Längsbeschleunigungswert durch dynamisches Filtern der Daten von a s / x unter Verwendung einer Zeitkonstante, die auf der Basis von Ableitungen von a s / x erster und höherer Ordnungen gewählt wird. Bei einer Ausführungsform vergleicht das Fahrzeugsystem einen Längsruck (a . s / x), oder eine Ableitung erster Ordnung der Längsbeschleunigung, mit einem Schwellenwert für den Ruck. Falls der Ruck (a . s / x) größer als der Schwellenwert für den Ruck ist, wird eine Zeitkonstante, die einer niedrigeren Bandbreite entspricht, für das Tiefpassfilter gewählt. Falls der Ruck dagegen kleiner als der Schwellenwert für den Ruck ist, wird eine Zeitkonstante, die einer höheren Bandbreite entspricht, für das Tiefpassfilter gewählt. Zum Beispiel kann der Schwellenwert für den Ruck entweder der Konvergenzschwellenwert 820 oder der Stabilisierungsschwellenwert 828 sein, der oben unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wurde. Bei der dargestellten Ausführungsform entspricht die Kurve flt der Bandbreite, wobei flt gleich 1 ist, wenn eine niedrige Bandbreite gewählt wird, und flt gleich 0 ist, wenn eine hohe Bandbreite gewählt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Bandbreite aus vorbestimmten Daten (z. B. einer Nachschlagtabelle) auf der Basis einer Ableitung zweiter Ordnung a . s / x der Längsbeschleunigung gewählt. Durch Filtern von a s / x konvergiert die Straßengradientenschätzung (RGE_st) relativ schnell. Zum Beispiel konvergiert RGE_st zum Zeitpunkt t₃, wie mit dem Bezugszeichen 1014 bezeichnet, und die Verzögerung zwischen t₂ und t₃ beträgt ungefähr 1 s.
Es wird wieder auf 7 Bezug genommen; existierende Systeme zum Auswerten eines Straßengradienten warten möglicherweise, bis das Längsbeschleunigungssignal konvergiert, bevor sie eine Straßengradientenschätzung vornehmen. Somit würde ein solches System bei den in 7 dargestellten Fahrzeugbedingungen ungefähr 3 Sekunden warten, bevor es den Straßengradienten schätzt. Wie in 10A–10C dargestellt, verkürzt das Fahrzeugsystem jedoch diese Verzögerung durch Verwendung eines Anfangswertes für RGE_st, welcher auf anderen Schätzungen basiert, und durch dynamisches Filtern der Längsbeschleunigung.
Somit bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es den statischen Straßengradienten unter Verwendung kinematischer Gleichungen und von dynamischer Filterung der Längsbeschleunigung schätzt. Das Fahrzeugsystem setzt außerdem einen Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung gleich einem Straßengradienten, der durch eine kinematische oder dynamische Straßengradientenschätzung bereitgestellt wird. Durch dynamisches Filtern der Längsbeschleunigung und durch Verwendung einer anderen Schätzung für den Anfangswert verkürzt das Fahrzeugsystem die Verzögerung, bis ein statischer Straßengradienten-Schätzwert von ausreichender Qualität bereitgestellt werden kann, was wiederum ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine bei einer Start-Stopp-Anwendung früher abgestellt wird, was eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit zur Folge hat.
Es wird auf 11 Bezug genommen; sie zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das ein Verfahren zur kinematischen Straßengradientenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsform veranschaulicht, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 1110 bezeichnet ist. Das Verfahren 1110 entspricht dem die kinematische Straßengradientenschätzung betreffenden Abschnitt des Gesamtverfahrens zur RGE-Arbitrierung 410, das in 4 dargestellt ist. Block 1112 entspricht Block 412 von 4. Im Block 1112 empfängt das Fahrzeugsystem Eingänge, welche die Beschleunigung (a s / x, a s / y, a s / z), die Gierrate (r) und die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) beinhalten. Bei einer Ausführungsform empfängt das Fahrzeugsystem nur die Längsbeschleunigung (a s / x) und die Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei anderen Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem nur GPS-Informationen (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung und Höhenangabe). Der Eingang kann direkt von Sensoren empfangen werden, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, oder indirekt über den CAN-Bus.
Die Blöcke 1114 und 1116 entsprechen dem RGE_kin-Block 424 von 4. Im Block 1114 bestimmt das Fahrzeugsystem Parameter Y_k und u_k des erweiterten Kalman-Filters (Extended Kalman Filter, EKF), welche einen Systemausgang bzw. -eingang repräsentieren. Die Eingangsparameter basieren auf Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), Längsbeschleunigung (a s / x) und einem Beschleunigungs-Versatz (Beschleunigungs-Offset) a off / x. Die Parameter können auch auf optionalen Zustandsinformationen für Ausführungsformen unter Verwendung von GPS-Informationen basieren. Im Block 1116 schätzt das Fahrzeugsystem RGE_kin unter Verwendung des EKF und bestimmt den kinematischen Qualitätsfaktor (QF_kin).
Die Eingänge (a s / x, a s / z und r) werden einem RGE_kin-Eingangskompensationsblock 1118 zugeführt, welcher dem Block 430 von 4 entspricht. Im Block 1118 bestimmt das Fahrzeug den Beschleunigungs-Versatz a off / x. Der Beschleunigungs-Versatz wird als ein Vorwärtsregelungs-Eingangskompensationswert für die kinematische Straßengradientenschätzung der Blöcke 114 und 116 bereitgestellt. Die Bestimmung des Beschleunigungs-Versatzes wird in Verbindung mit den 14–17 detailliert beschrieben.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen kinematischen Straßengradienten auf der Basis der kinematischen Gleichungen für den Fahrzeugrahmen 1–4 und wendet eine Filterstrategie vom Integraltyp an. Durch Vernachlässigung von Winkeltermen höherer Ordnung können die kinematischen Gleichungen für den Fahrzeugrahmen vereinfacht werden, wie in den nachfolgenden Gleichungen 7–9 angegeben: a s / x + l_cr . – (V ._x – r·V_y) = –(V ._x – r·V_y) θ² / 2 + g(α_r + θ) (7) a s / y + l_dr . – (V ._y + r·V_x) = –(V ._y + r·V_x) ϕ² / 2 – g(ϕ_v + ϕ_r) (8) a s / z – g = V ._x – g / 2(α_r + θ)² (9)
Eine Gleichung für die Längsbeschleunigung (V ._x) kann erhalten werden, indem eine Approximation für kleine Winkel auf Gleichung 8 angewendet wird, und ist nachfolgend angegeben: V ._x = a_x = a s / x + l_cr . + r·V_y – gθ – gα_r ≈ a s / x + l_cr . + r·V_y – gsinθ – gsinα_r = a s / x + a off / x – gsinα_r (10) wobei a off / x einen Beschleunigungs-Versatz bezeichnet.
Das Fahrzeugsystem schätzt den kinematischen Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung eines Kalman-Filters. Das Kalman-Filter wird rekursiv auf Ströme von verrauschten Eingangsdaten angewendet, um eine statistisch optimale Schätzung des zugrunde liegenden Systemzustands zu liefern. Im Prinzip ist das Kalman-Filter ein Algorithmus, welcher eine Reihe von Messungen verwendet, die über die Zeit beobachtet werden und Zufallsvariable (Rauschen) enthalten, und Schätzungen unbekannter Variabler liefert, welche genauer als die Messungen allein sind. Man kann sich ein Kalman-Filter als einen Ansatz zur Schätzung des Zustands einer ”Black Box” auf der Basis von messbaren Eingängen und Ausgängen vorstellen.
Der Kalman-Filter-Algorithmus schätzt einen Zustand unter Verwendung eines zweistufigen Prozesses, welcher einen Zeitaktualisierungs-Vorhersageschritt und einen Messungsaktualisierungsschritt beinhaltet. In dem Vorhersageschritt liefert das Kalman-Filter Schätzungen der aktuellen Zustandsvariablen, zusammen mit deren Unsicherheiten. Der Messungsaktualisierungsschritt ist eine Form von Rückführungsregelung. Sobald das Kalman-Filter die nächste Messung beobachtet, werden die Schätzungen unter Verwendung eines gewichteten Mittelwertes aktualisiert, wobei Schätzungen mit höherer Sicherheit ein größeres Gewicht zugeordnet wird.
Die Gewichte werden aus der Kovarianz berechnet, welche ein Maß der geschätzten Unsicherheit der Vorhersage des Zustands des Systems ist. Der Kalman-Filter-Prozess wird in jedem Zeitschritt wiederholt, wobei die neue Schätzung und ihre Kovarianz in die Vorhersage eingehen, die in der folgenden Iteration verwendet wird. Das Kalman-Filter ist eine rekursive Schätzfunktion. Dies bedeutet, dass nur der geschätzte Zustand aus dem vorhergehenden Zeitschritt und die aktuelle Messung verwendet werden, um die Schätzung für den aktuellen Zustand zu berechnen.
Ein Nachteil des Kalman-Filters ist, dass es die optimale Schätzung für Modelle linearer Systeme mit additivem unabhängigem weißem Rauschen in sowohl den Übergangs- als auch den Messsystemen sind. Die meisten Systeme sind jedoch nichtlinear. Ein erweitertes Kalman-Filter (EKF) wird verwendet, um Schätzungen von nichtlinearen Systemen bereitzustellen. Das EKF passt Techniken an, die multivariate Taylorreihen-Erweiterungen beinhalten, um Berechnungen um einen Arbeitspunkt herum zu linearisieren.
Das Fahrzeugsystem definiert einen erweiterten Zustand (a g / x). Da die Schwerebeschleunigung ein konstanter Wert ist (9.8 m/s²), ist eine Dynamik erster Ordnung des erweiterten Zustands gleich null (a . g / x = 0). Der erweiterte Zustand modelliert die Beschleunigungsdynamik des Fahrzeugs, welche durch Variation in dem Straßengradienten erregt wird, und der Straßengradient ist relativ hoch bei niedrigen Frequenzen.
Das Gesamtsystemmodell zur Schätzung ist nachfolgend angegeben und wird als Gleichung 11 bezeichnet:
wobei X_k der Zustand im Zeitschritt (k) ist und x_k-1 der Zustand in einem vorhergehenden Zeitschritt ist. u_k ist ein Systemeingang und Y_k ist ein Systemausgang. ω_k ist das Prozessrauschen, ω_v(k) ist das mit der Geschwindigkeit zusammenhängende Prozessrauschen und ω_a(k) ist das mit der Beschleunigung zusammenhängende Prozessrauschen. V_x ist die Längsgeschwindigkeit. a g / x(k) ist die Beschleunigung im erweiterten Zustand infolge der Schwerkraft, a s / x(k) ist die gemessene Längsbeschleunigung und a off / x(k) ist der Beschleunigungs-Versatz. τ_s ist die Abtastzeit für das obige Modell einer Implementierung mit diskreter Zeit, und T bezeichnet eine Matrixtransformation.
Auf der Basis des in den Gleichungen 11 dargestellten Systemmodells wird ein Beobachter erstellt, um den erweiterten Zustand (a g / x) zu schätzen, und der kinematische Straßengradient wird gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung 12 geschätzt:
Der Beobachter wird unter Verwendung eines Systemmodells mit standardmäßigem erweitertem Kalman-Filter (EKF) erstellt, wie es durch die oben in Gleichung 11 angegebene Funktion und Gleichung 13 dargestellt ist, welche beide nachfolgend angegeben sind: X_k = f(X_k-1, u_k) + ω_k Y_k = CX_k + e_k (13) wobei C eine Matrix ist, welche in Gleichung 11 eine relativ einfache Matrix ist, und e_k ein unbekanntes Rauschen ist.
Ein EKF wird für nichtlineare Systeme verwendet. Das nichtlineare Systemmodell wird in jedem Zeitschritt um den aktuellen Zustand herum linearisiert und liefert eine Übergangsmatrix F_k. Die erhaltene Übergangsmatrix F_k wird dann verwendet, um die Schritte der Standard-EFK-Rekursionen durchzuführen. Diese Rekursionen werden durch zwei Aktualisierungsschritte beschrieben: einen Vorhersageschritt und einen Messungsaktualisierungsschritt. Im Vorhersageschritt wird der Systemeingang verwendet, um den zukünftigen Zustand des Systems (X ^_k|k-1) vorherzusagen, wie in den nachfolgenden Gleichungen 14 und 15 angegeben: X ^_k|k-1 = f(X ^_k-1|k-1, u_k) (14) P_k|k-1 = F_kP_k-1|k-1F T / k + Q_k (15) wobei P_k|k-1 geschätzte Fehlerkovarianz ist und Q_k die Kovarianz des Prozessrauschens ist, welche gleich E[ω 2 / k] ist. F_k ist der Jacobian und ist durch die folgende Gleichung 16 gegeben: F_k = ∂f / ∂x|x ^_k-1|k-1 (16)
Ein Messungsaktualisierungsschritt ist durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen 17–19 vorgesehen: K_k = P_k|k-1C^T(CP_k|k-1C^T + R_k)^–1 (17) X ^_k|k = X ^_k|k-1 + K_k(Y_k – CX ^_k|k-1 (18) P_k|k = (I – K_kC)P_k|k-1 (19) wobei K_k die EKF-Verstärkung ist und R_k die Kovarianz des Messrauschens ist, welche gleich E[e 2 / k] ist.
Im Allgemeinen sind bei einem EKF-System die Kovarianz des Prozessrauschens (Q) und die Kovarianz des Messrauschens (R) a priori nicht bekannt, oder von der Erfahrung unabhängig. Jedoch konvergieren gut konditionierte Signale, wie etwa K_k und P_k|k, gegen Werte, welche von Q und R abhängig sind. Daher kann der konvergierte Wert von K_k aus vorbestimmten Daten erhalten werden, und er wird dann direkt zur Echtzeitschätzung verwendet.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Fahrzeugsystem eine vertikale Verschiebung in seiner Schätzung der kinematischen Straßensteigung. Eine vertikale Verschiebung (Z) kann durch das Navigationssystem von 1 auf der Basis von GPS-Informationen bereitgestellt werden. Die geltende kinetische Gleichung für die vertikale Richtung des Fahrzeugs im globalen Inertialrahmen wird gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung 20 berechnet: Z . = V_xsinα_r (20)
Das Modell des EKF-Systems von Gleichung (11) wird so modifiziert, dass es eine vertikale Verschiebung Z(k) enthält, wie in der nachfolgenden Gleichung 21 angegeben:
wobei a cmp / x einen GPS-basierten Beschleunigungs-Versatz repräsentiert und a cmp / x gleich (l_cr . + r·V_y) ist. a cmp / x wird als Vorwärtsregelungs-Eingangskompensation bei Ausführungsformen vorgesehen, welche GPS-Informationen verwenden. Gleichung 21 unterscheidet sich von Gleichung 11 darin, dass Gleichung 21 zwei erweiterte Zustände enthält: a g / x(k) und a g / x(k), wobei a g / x(k) die auf den Fahrzeugnickwinkel zurückzuführende Beschleunigung ist.
Es wird auf 12 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Schätzen kinematischer Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1210 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 1210 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt.
Im Schritt 1212 initialisiert das Fahrzeugsystem Schätzfunktions-Parameterwerte. Zu den Schätzfunktions-Parameterwerten gehören X_k, u_k und Y_k. Die Schätzfunktions-Parameterwerte werden initialisiert, indem sie auf Standardwerte gesetzt werden. Im Schritt 1214 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob der kinematische Schätzfunktionsstatus (STATUS_kin) ”Ein” ist. Der Schätzstatusfaktor ist als eine Boolesche Variable (WAHR/FALSCH) definiert, wobei WAHR angibt, dass der Status ”Ein” ist, und FALSCH angibt, dass der Status nicht ”Ein” ist. Ein Statuswert WAHR gibt an, dass das Schätzverfahren die dynamischen Zustände des Fahrzeugs (z. B. Vx, a s / x, a s / y, a s / z und r) aktiv überwacht und die Straßengradienteninformationen und ihr Schätzkanal aktualisiert werden. Falls die Bestimmung im Schritt 1214 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1216 fort.
Im Schritt 1216 wertet das Fahrzeugsystem die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob Vx größer als eine oder gleich einer Schwellenwert-Fahrzeugeintrittsgeschwindigkeit (Vspd_entry) ist. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schwellenwert-Fahrzeugeintrittsgeschwindigkeit ungefähr 7 km/h (4,3 mph). Falls die Bestimmung im Schritt 1216 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1218 fort. Im Schritt 1218 wertet das Fahrzeugsystem Vx aus, um zu bestimmen, ob Vx kleiner als eine Schwellenwert-Fahrzeugaustrittsgeschwindigkeit (Vspd_exit) ist. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schwellenwert-Fahrzeugaustrittsgeschwindigkeit ungefähr 3 km/h (1,9 mph). Falls die Bestimmung im Schritt 1218 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1220 fort.
Im Schritt 1220 setzt das Fahrzeugsystem den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf ”Pause”. Durch das Setzen von STATUS_kin auf ”Pause” stoppt das Fahrzeugsystem die Schätzung und behält den aktuellen Wert von RGE_kin bei, anstatt den Wert auf einen Standardwert zurückzusetzen. Im Schritt 1222 wertet das Fahrzeugsystem die gegenwärtige Geschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob Vx kleiner als eine Schwellenwert-Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit (Vspd_stand) ist. Die Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit entspricht der sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, die in Spalte 6 von Tabelle A angegeben ist. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schwellenwert-Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit ungefähr 1 km/h (0,6 mph). Falls die Bestimmung im Schritt 1222 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1224 fort und setzt den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf ”Aus” (FALSCH). Falls die Bestimmung im Schritt 1216 positiv ist oder die Bestimmung im Schritt 1218 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1226 fort.
Die Schritte 1226–1236 betreffen die Schritte des erweiterten Kalman-Filters, welche oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 11–21 beschrieben wurden. Zuerst berechnet das Fahrzeugsystem im Schritt 1226 einen kompensierten Schätzfunktionseingang (u_k). Im Schritt 1228 gewinnt das Fahrzeugsystem einen neuen Systemausgang (Y_k). Im Schritt 1230 aktualisiert das Fahrzeugsystem den EKF-Zustand (X_k) auf der Basis eines Ausgangsvorhersagefehlers, wie oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 14–16 beschrieben. Im Schritt 1232 aktualisiert das Fahrzeugsystem die EKF-Parameterwerte (X_k, u_k und Y_k). Im Schritt 1234 sagt das Fahrzeugsystem den nächsten dynamischen Systemausgang Y_k vorher. Danach stellt das Fahrzeugsystem im Schritt 1236 die kinematische Straßengradientenschätzung bereit. Falls die Bestimmung im Schritt 1214 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1238 fort. Im Schritt 1238 wertet das Fahrzeugsystem die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob Vx größer als die oder gleich der Schwellenwert-Fahrzeugeintrittsgeschwindigkeit (Vspd_entry) ist, was ähnlich der Bestimmung im Schritt 1216 ist. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schwellenwert-Fahrzeugeintrittsgeschwindigkeit ungefähr 7 km/h (4,3 mph). Falls die Bestimmung im Schritt 1238 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1240 fort und setzt den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf ”Ein” (WAHR). Nach dem Schritt 1240 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1226 fort, um die EKF-Schritte zu beginnen.
Nach den Schritten 1224 und 1244 und nach negativen Bestimmungen in den Schritten 1222 und 1238 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1242 (Nächstes bzw. Nächster) fort. Nach dem Schritt 1242 kehrt das Fahrzeugsystem zu Schritt 1214 zurück, um eine weitere Iteration durchzuführen.
Die 13A–13D sind Diagramme, welche die Auswirkung des Verfahrens 1210 zum Schätzen eines kinematischen Straßengradienten zeigen, wenn ein Fahrzeug auf einer Steigung anhält. Die 13A–13D enthalten 4 Diagramme von Messdaten, die über ein und demselben Zeitraum erfasst wurden und allgemein mit dem Bezugszeichen 1310 bezeichnet sind. 13A zeigt den Bremsdruck (P_brk), welcher gemäß einer Ausführungsform innerhalb des Hauptzylinders gemessen wird. Bei anderen Ausführungsformen wird P_brk innerhalb der Bremsleitungen oder an den Radanordnungen gemessen. 13B zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx). 13C zeigt die Gangwahl (PRNDL), wobei ein Wert 3 der Wahl der normalen Fahrstellung (D) entspricht. 13C zeigt außerdem den Zustand des Bremspedals (S_bp), wobei ein positiver Wert angibt, dass die Bremse betätigt ist, und ein Wert null angibt, dass die Bremse gelöst ist. 13D zeigt den gemessenen Wert der Längsbeschleunigung (a s / x) zusammen mit der statischen Straßengradientenschätzung (RGE_st) und der kinematischen Straßengradientenschätzung (RGE_kin).
Zum Zeitpunkt t₁ beschleunigt das Fahrzeug, wie durch die wachsende Kurve von Vx angegeben. Zum Zeitpunkt t₂ beginnt das Fahrzeug, sich zu verlangsamen, wie durch die fallende Kurve von Vx angegeben. Zum Zeitpunkt t₃ hält das Fahrzeug an. Zum Zeitpunkt t₄ beginnt das Fahrzeug wieder zu beschleunigen, und zum Zeitpunkt t₅ beginnt das Fahrzeug wieder, sich zu verlangsamen. Die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin) konvergiert relativ schnell, wie durch die Bezugszeichen 1312 und 1314 angegeben.
Wie in Verbindung mit den Schritten 1222 und 1224 beschrieben, wird der kinematische Schätzstatus (STATUS_kin) auf ”Aus” gesetzt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen Fahrzeugstillstands-Geschwindigkeitsschwellenwert (z. B. 1 km/h) absinkt. Solche Bedingungen werden durch RGE_kin veranschaulicht und durch das Bezugszeichen 1320 angegeben. Nach t₃ wird der Schätzstatus auf ”Aus” gesetzt, wie durch das Nichtvorhandensein eines wahrnehmbaren Rauschens auf RGE_kin bei 1320 dargestellt. Außerdem konvergieren, sobald das Fahrzeug anhält, der Status der statischen Straßengradientenschätzung (STATUS_st) und RGE_st, wie durch das Bezugszeichen 1322 angegeben. Wie in 1320 dargestellt, ist, obwohl der kinematische Status ”Aus” ist, RGE_kin noch immer bei einer genauen Straßengradientenschätzung verriegelt, und sowohl RGE_st als auch RGE_kin liefern im Wesentlichen gleiche Schätzungen von 17,56% Steigung.
Existierende Verfahren zum Schätzen eines Straßengradienten, die einen kinematischen Ansatz verwenden, verwenden eine Ableitungs-Filterstrategie. Zum Beispiel schätzen einige existierende Verfahren den Straßengradienten auf der Basis der folgenden kinematischen Gleichung der Fahrzeuglängsrichtung: u . = a_x + rv – gsinθ (22) wobei u . die Ableitung der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, a_x die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ist, r die Gierrate ist und v die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Ein solcher Ansatz verstärkt jedoch aufgrund der Ableitungsberechnung von u . jedes Rauschen auf dem Signal.
Somit bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber den existierenden Verfahren, indem es den kinematischen Straßengradienten unter Verwendung eines EKF schätzt, wodurch eine Filterstrategie vom Integraltyp bereitgestellt wird. Eine solche integrierende Strategie verstärkt nicht das Rauschen auf den Signalen und gewährleistet daher eine verbesserte Schätzgenauigkeit mit einer relativ schnellen Konvergenz.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen kinematischen Straßengradienten unter Verwendung einer Vorwärtsregelungs-Eingangskompensation, die einem Beschleunigungs-Versatz (a off / x) entspricht. Der Beschleunigungs-Versatz wird gemäß Gleichung 23 berechnet, wie nachfolgend angegeben: a off / x = l_cr . + rV_y – gsinθ (23) wobei l_c der seitliche Versatz ist, r die Gierrate ist, V_y die Quergeschwindigkeit ist und θ der Fahrzeugnickwinkel ist. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem diese Werte (l_c, V_y und θ) nicht als Eingänge.
Vielmehr schätzt das Fahrzeugsystem diese Werte aus anderen Eingängen unter Verwendung einer Anzahl von Kompensationsstrategien. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den die Quergeschwindigkeit (V_y) enthaltenden Term von Gleichung 23 unter Anwendung einer Corioliseffekt-Kompensationsstrategie, den Term, der den seitlichen Versatz (l_c) enthält, unter Anwendung einer Kompensationsstrategie für den Effekt des seitlichen Versatzes der Sensorposition, und den Fahrzeugnickwinkel (θ) unter Anwendung einer Kompensationsstrategie für den Effekt der relativen Längsneigung der Fahrzeugkarosserie.
Das Fahrzeugsystem schätzt den Term rV_y von Gleichung 23 unter Anwendung einer Corioliseffekt-Kompensationsstrategie, welche Wendemanöver eines Fahrzeugs betrifft. Die Inertialsensoren 52 von 1 liefern die Gierrate, jedoch die Quergeschwindigkeit (V_y) Wird durch das Fahrzeugsystem geschätzt. Es werden zwei Berechnungsverfahren zum Schätzen der Quergeschwindigkeit (V_y) bereitgestellt: ein erstes Verfahren, welches ein schätzungsbasiertes Verfahren ist, und ein zweites Verfahren, welches ein ableitungsbasiertes Verfahren ist. Die zwei Verfahren werden auf der Basis der dynamischen Gleichung 8 für die Querrichtung bzw. eines Steifigkeitsparameters der Kurvenfahrt eines Fahrzeugs bereitgestellt. Ferner werden die beiden Verfahren integriert, um die geschätzte Quergeschwindigkeit (V_y) unter ständig variierenden Fahrbedingungen des Fahrzeugs bereitzustellen.
Das erste Verfahren (das schätzungsbasierte Verfahren) zum Schätzen der Quergeschwindigkeit (V_y) wird erhalten, indem eine Approximation für kleine Winkel auf Gleichung 8 angewendet wird, und basiert auf der gemessenen Querbeschleunigung (a s / y). Die Quergeschwindigkeit (V_y) wird gemäß Gleichung 24 berechnet, wie nachfolgend angegeben: V ._y = a s / y – l_dr . – r·V_x + gϕ_v + gϕ_r (24)
Der Fahrbahnquerneigungswinkel (ϕ_r) ist unbekannt. Daher wird er als eine Störung behandelt und aus der Berechnung entfernt. Der Fahrzeugkarosserie-Wankwinkel ϕ_v kann durch die gemessene Querbeschleunigung approximiert werden, wie in Gleichung 25 angegeben: ϕ_v ≈ K_ϕ(a s / y – l_dr .) (25) wobei K_ϕ die Wanksteifigkeit der Fahrzeugkarosserie bezeichnet.
Gleichung 24 kann vereinfacht werden, wie in der folgenden Gleichung 26 angegeben: V ._y = (1 + K_ϕg)(a s / y – l_dr .) – r·V_x = K_ay(a s / y – l_dr .) – r·V_x (26)
Durch Integrieren beider Seiten von Gleichung 26 wird eine Gleichung zum Berechnen der geschätzten Quergeschwindigkeit (V ^_y(k)) erhalten, wie durch Gleichung 27 angegeben: V ^_y(k) = V ^_y(k – 1) + [K_ay(a s / y – l_dr .) – r·V_x]·τ_s (27)
Die gemessene Querbeschleunigung (a s / y) unterliegt im Allgemeinen Beschleunigungsstörungen sowie dem Einfluss des Fahrbahnquerneigungswinkels. Daher ist das in den Gleichungen 24–27 beschriebene Verfahren zur Schätzung von V_y für kurze Zeitintervalle von dynamischen Fahrzeugmanövern geeignet, in welchen große Beträge von Querbeschleunigung (a s / y) und Gierrate (r) vorliegen, aufgrund der Beschleunigungskomponenten, die mit einem systematischen Fehler mit niedriger Frequenz behaftet sind.
Anders als das erste Verfahren hängt das zweite Verfahren (das ableitungsbasierte Verfahren) zum Schätzen der Quergeschwindigkeit (V_y) nicht von einer Integration ab. Eine stationäre Verstärkung (G_r2β) von der Fahrzeuggierrate (r) zu einem Fahrzeugschwimmwinkel (β) kann aus einem linearen Fahrzeugmodell erhalten werden, wie in Gleichung 28 angegeben:
wobei M_r die auf die Hinterachse einwirkende Fahrzeugmasse ist und C_αr eine konzentrierte Hinterachsen-Kurvenfahrtsteifigkeit ist.
Da die Quergeschwindigkeit (V_y) näherungsweise gleich dem Produkt der Längsgeschwindigkeit (V_x) und des Fahrzeugschwimmwinkels (β) wird, kann eine Gleichung zum Berechnen der Quergeschwindigkeit erhalten werden, wie nachfolgend angegeben: V_y = V_xG_r2βr = (l_r – k_UV 2 / x)·r = K_r(V_x)·r (29) wobei k_U die Kurvenfahrtsteifigkeit ist und gleich M_r dividiert durch C_αr ist.
Daher kann die Quergeschwindigkeit mittels Gleichung 30 geschätzt werden, wie nachfolgend angegeben: V ^_y = r·(l_r – k_UV 2 / x) = K_r(V_x)·r (30)
Eine Gleichung zur Kompensation des Coriolis-Effekts ist nachfolgend angegeben:
Das zweite Verfahren, wie unter Bezugnahme auf die Gleichungen 28–31 beschrieben, ist für Fahrzeugwendemanöver in einem stationären Zustand geeignet, wo der Schwimmwinkel (β) klein ist.
Das Fahrzeugsystem implementiert eine umfassende RGE_kin-Struktur, welche sowohl das erste Verfahren (schätzungsbasiert) als auch das zweite Verfahren (ableitungsbasiert) einbindet. Danach wählt das Fahrzeugsystem auf der Basis fahrzeugdynamischer Bedingungen, die durch die Gierrate (r) widergespiegelt werden, aus, welches der beiden Verfahren anzuwenden ist. Die allgemeine Entwurfsidee besteht darin, das ableitungsbasierte V_y aus Gleichung 30 in erster Linie in Situationen der Vorwärtsfahrt und des Wendens im stationären Zustand zu verwenden, jedoch bei Vorliegen einer großen Querdynamik des Fahrzeugs (Geschwindigkeit und Beschleunigung) zu dem schätzungsbasierten V_y aus Gleichung 27 umzuschalten. Da nicht zu erwarten ist, dass das Schätzverfahren für einen längeren Zeitraum durchgeführt wird, muss das geschätzt V_y immer dann in den abgeleiteten Zustand zurückgesetzt werden, wenn während eines kontinuierlichen Manövers der Fahrzeughandhabung ein stationärer Zustand festgestellt werden kann. Das geschätzte V_y kann ferner durch vorbestimmte obere und untere Grenzwerte begrenzt sein. Das ausgegebene V_y wird durch ein Tiefpassfilter bereitgestellt.
Es wird auf 14 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrzeugfahrsituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1410 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 1410 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt.
Das Verfahren 1410 beinhaltet das Auswerten einer indizierten Querdynamik (Indexed Lateral Dynamic, ILD), welche einer vorliegenden Fahrzeugfahrsituation entspricht. Die ILD ist definiert als: ILD = |r| + a·|r .| (32) wobei die Variable (a) ein Skalierungsparameter ist. Das Fahrzeugsystem vergleicht die ILD mit zwei Schwellenwerten: einem Schwellenwert des stationären Zustands (Steady State Threshold, SST), welcher dem Ableitungsverfahren entspricht, und einem Schwellenwert der dynamischen Handhabung (Dynamic Handling Threshold, DHT), welcher dem Schätzverfahren entspricht, wobei (SST < DHT). Die Bestimmung wird ferner zusammen mit zwei Timern durchgeführt, einem Timer des stationären Zustands (T_ss) und einem Timer der dynamischen Fahrt (T_dd), welche die Zeitdauer ermitteln, die ein Fahrzeug in der jeweiligen Situation verblieben ist. Eine Funktion LPF(x) bezeichnet eine allgemeine Tiefpassfilterfunktion. Ein Filter des gleitenden Mittels ist ein Tiefpassfilter, welches verwendet werden kann, um Effekte eines diskontinuierlichen Ausgangsübergangs zu glätten.
Im Schritt 1412 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob sich das Fahrzeug in der stationären Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem empfängt ein Flag (SSD_flag), welches der Fahrsituation zugeordnet ist. Ein SSD_flag, welches gleich eins (1) ist, gibt eine vorliegende stationäre Fahrsituation an, und ein SSD_flag, welches gleich zwei (2) ist, gibt eine vorliegende Situation der dynamischen Handhabung an. Somit wertet das System im Schritt 1412 das SSD_flag aus, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1412 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1414 fort.
Im Schritt 1414 wertet das Fahrzeugsystem die indizierte Querdynamik (ILD) aus, um zu bestimmen, ob die ILD kleiner als ein Schwellenwert des stationären Zustands (SST) ist. Der SST entspricht dem Ableitungsverfahren zur Bestimmung der Quergeschwindigkeit (V_y), das oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 28–31 beschrieben wurde. Falls die Bestimmung im Schritt 1414 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1416 fort und setzt einen Timer des stationären Zustands (T_ss) zurück, indem es T_ss gleich null (0) setzt. Falls die Bestimmung im Schritt 1414 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1418 fort.
Im Schritt 1418 inkrementiert das Fahrzeugsystem den Timer des stationären Zustands (T_ss), indem es um eine Ausführungszykluszeit (t_s) weiterzählt. Im Schritt 1420 wertet das Fahrzeugsystem den Timer des stationären Zustands (T_ss) aus, um zu bestimmen, ob T_ss größer als ein oder gleich einem Einschwingzeitschwellenwert (tss_settle) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1420 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1422 fort und setzt den Timer der dynamischen Fahrt (T_dd) zurück. Danach setzt das Fahrzeugsystem im Schritt 1424 die Fahrzeugfahrsituation auf den stationären Zustand, indem es das SSD_flag auf eins (1) setzt.
Falls die Bestimmung im Schritt 1412 negativ ist (das Fahrzeug fährt nicht unter stationären Bedingungen), fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1426 fort. Im Schritt 1426 wertet das Fahrzeugsystem die indizierte Querdynamik (ILD) aus, um zu bestimmen, ob die ILD größer als der Schwellenwert der dynamischen Handhabung (DHT) ist. Der DHT entspricht dem Schätzverfahren zur Bestimmung der Quergeschwindigkeit (V_y), das oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 24–27 beschrieben wurde. Falls die Bestimmung im Schritt 1426 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1428 fort und setzt einen Timer der dynamischen Fahrt (T_dd) zurück, indem es T_dd gleich null (0) setzt. Falls die Bestimmung im Schritt 1426 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1430 fort.
Im Schritt 1430 inkrementiert das Fahrzeugsystem den Timer der dynamischen Fahrt (T_dd), indem es um eine Ausführungszykluszeit (t_s) weiterzählt. Im Schritt 1432 wertet das Fahrzeugsystem den Timer der dynamischen Fahrt (T_dd) aus, um zu bestimmen, ob T_dd größer als ein oder gleich einem Erregungszeitschwellenwert (tdd_excite) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1432 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1434 fort und setzt den Timer des stationären Zustands (T_ss) zurück. Danach setzt das Fahrzeugsystem im Schritt 1436 die Fahrzeugfahrsituation auf dynamisches Fahren, indem es das SSD_flag auf zwei (2) setzt. Nach den Schritten 1416, 1424, 1428 und 1436 und nach einer negativen Bestimmung in den Schritten 1420 oder 1432 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1438 fort und kehrt dann zu Schritt 1412 zurück, um eine weitere Iteration durchzuführen.
Es wird auf 15 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Schätzen einer Fahrzeugquergeschwindigkeit (V_y) auf der Basis einer vorliegenden Fahrzeugfahrsituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1510 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 1510 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Verfahren 1510 arbitriert, indem es ein Verfahren zum Schätzen der Quergeschwindigkeit (V_y) aus den beiden Verfahren auswählt, die oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 24–31 beschrieben wurden, entweder das auf Integrationsschätzung basierende Verfahren oder das auf Ableitungsschätzung basierende Verfahren.
Im Schritt 1512 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob sich das Fahrzeug in der dynamischen Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem wertet das SSD_flag aus, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1512 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1514 fort und schätzt die Quergeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung der in Gleichung 27 bereitgestellten Integrationsschätzung. Nach Schritt 1514 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1516 fort. Im Schritt 1516 filtert das Fahrzeugsystem die geschätzte Quergeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert einen Quergeschwindigkeitsausgang (V_y). Falls die Bestimmung im Schritt 1512 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1518 fort. Im Schritt 1518 schätzt das Fahrzeugsystem die Quergeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung der in Gleichung 30 bereitgestellten Ableitungsschätzung. Nach Schritt 1518 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1516 fort, filtert die geschätzte Quergeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert den Quergeschwindigkeitsausgang (V_y) auf der Basis der Ableitungsschätzung. Nach Schritt 1516 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1520 fort und stellt den aktualisierten Quergeschwindigkeitsausgang (V_y) bereit und kehrt dann zu Schritt 1512 zurück.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Term, der den seitlichen Versatz (l_c) enthält, unter Anwendung einer Kompensationsstrategie für den Effekt des seitlichen Versatzes der Sensorposition. Der seitliche Versatz (l_c) ist durch die folgende Gleichung definiert: l_c = l st / c + h^tϕ_v (33) wobei l st / c ein statischer Sensoreinbauversatz ist. Die Variable h^tϕ_v ist eine dynamische Fahrzeugkarosserie-Wankkomponente, wobei h^t der Abstand vom Schwerpunkt der gefederten Masse zum Wankzentrum ist. Der Fahrzeugwankwinkel ϕ_v kann aus einem wankdynamischen Modell oder aus Auslenkungen der Aufhängung (bei Ausführungsformen, die Sensoren für die Auslenkung der Aufhängung aufweisen) erhalten werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen wird ϕ_v im stationären Zustand aus der Gierrate (r) im stationären Zustand wie nachfolgend angegeben abgeleitet: ϕ_v = G_r2ϕr (34)
Das Kombinieren der Gleichungen 33 und 34 und Multiplizieren jeder Seite mit der Ableitung der Gierrate (r .) liefert die folgende Gleichung: l_cr . = l st / cr . + h^tG_r2ϕ·r·r . (35)
In einer dynamischen Fahrsituation wird der Wankwinkel der Karosserie (ϕ_v) mittels der Querbeschleunigung (a s / y) gemäß Gleichung 36 wie nachfolgend angegeben approximiert: ϕ_v = G_ay2ϕ(a s / y – l_dr .) (36)
Das Kombinieren der Gleichungen 35 und 36 liefert die folgende Gleichung: l_cr . = (l st / c – h^tG_ay2ϕl_d)r . + h^tG_ay2ϕa s / y (37) wobei G_ay2ϕ gleich K_phi ist.
Es wird auf 16 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Schätzen des Karosserie-Wankwinkels (ϕ_v) auf der Basis einer vorliegenden Fahrzeugfahrsituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1610 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 1610 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Verfahren 1610 arbitriert, indem es ein Verfahren zum Schätzen des Karosserie-Wankwinkels (ϕ_v) aus den beiden Verfahren auswählt, die oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 33–37 beschrieben wurden und entweder die Querbeschleunigung oder die Gierrate verwenden.
Im Schritt 1612 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob sich das Fahrzeug in der dynamischen Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem wertet das SSD_flag aus, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1612 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1614 fort und schätzt den Karosserie-Wankwinkel (ϕ ^_v) auf der Basis der Querbeschleunigung, wie durch Gleichung 36 angegeben. Nach Schritt 1614 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1616 fort. Im Schritt 1616 filtert das Fahrzeugsystem den geschätzten Karosserie-Wankwinkel (ϕ ^_v) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert einen Karosserie-Wankwinkelausgang (ϕ_v). Falls die Bestimmung im Schritt 1612 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1618 fort. Im Schritt 1618 schätzt das Fahrzeugsystem den Karosserie-Wankwinkel (ϕ ^_v) auf der Basis der Gierrate, wie in Gleichung 34 vorgesehen. Nach Schritt 1618 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1616 fort, filtert den geschätzten Karosserie-Wankwinkel (ϕ ^_v) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert den Karosserie-Wankwinkelausgang (ϕ_v). Nach Schritt 1616 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1620 fort und stellt den aktualisierten Karosserie-Wankwinkelausgang (ϕ_v) bereit und kehrt dann zu Schritt 1612 zurück.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Fahrzeugkarosserie-Nickwinkel (θ) unter Anwendung einer von drei Kompensationsstrategien. Die verschiedenen Strategien entsprechen der Verfügbarkeit von Sensoren und der Genauigkeit. Zum Beispiel schätzt eine erste Strategie den Nickwinkel (θ) auf der Basis der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (V_x) und der Fahrzeuglängsbeschleunigung (a s / x). Eine zweite Strategie schätzt den Nickwinkel (θ) auf der Basis von V_x, a s / x und einer Vertikalbeschleunigung a s / z. Eine dritte Strategie schätzt den Nickwinkel (θ) auf der Basis von V_x, a s / x, a s / z und einer geschätzten Beschleunigung infolge einer Schwerkraftkomponente a g / x, die durch das erweiterte Kalman-Filter geliefert wird. Allgemein gilt: Je mehr Eingangssignale verwendet werden und je genauer die Quelleninformationen sind, desto besser ist die Kompensationsstrategie, was das Annullieren des Kopplungseffekts der Schätzung von a g / x betrifft, und desto besser ist die Gesamt-Straßengradientenschätzung.
Die erste Kompensationsstrategie zum Schätzen des Fahrzeugkarosserie-Nickwinkels (θ) wird als dynamische Nickkompensation bezeichnet. Für diese Strategie schätzt das Fahrzeugsystem den Nickwinkel (θ) auf der Basis der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (V_x) und der Fahrzeuglängsbeschleunigung (a s / x). Eine niederfrequente Komponente von θ kann durch ein lineares dynamisches System erster oder zweiter Ordnung approximiert werden. Die Fahrzeugdynamik ”Schub zu Längsneigung” (thrust to pitch) wird im Allgemeinen durch die auf die Fahrzeugkarosserie ausgeübten Längskräfte gemäß der folgenden Gleichung verursacht:
wobei θ proportional zu K_pa r / x ist und M_s eine gefederte Fahrzeugmasse ist, welche die Fahrzeugmasse und die Nutzlast über der Aufhängung ist, und h_cg die Höhe des Fahrzeugschwerpunkts in der vertikalen Richtung über dem Boden ist. K_f und K_r sind vorbestimmte Steifigkeiten der Aufhängung an der Vorderachse bzw. der Hinterachse. a r / x ist eine äquivalente reaktive Beschleunigung, und a r / x ist gleich a_x + gsinα_r. Ein Initialschub, der auf das Nickdynamik-Modell einwirkt, basiert auf a r / x und ist nachfolgend angegeben: θ_raw = K_p(V ._x + a g / x) (39)
Eine relative Nickdynamik erster Ordnung wird durch die nachfolgende Gleichung 40 angegeben:
welche eine Übergangsfunktion
aufweist, wobei D_pitch den allgemeinen Dämpfungseffekt der Aufhängung darstellt und K_pitch die Aufhängungssteifigkeit gegenüber dem Nick-Schub von der Längskraft darstellt.
17 zeigt ein Schema zum Auswählen von D_pitch und K_pitch unter Anwendung einer Regel der Phasenebenen-Kennfeldregelung (Phase Plane Gain Scheduling), welches allgemein mit dem Bezugszeichen 1710 bezeichnet ist. Das Schema 1710 zeigt acht Bereiche, welche um einen Ursprung eines Kartesischen Koordinatensystems herum zentriert sind. Die x-Achse entspricht V ._x + a g / x, und die y-Achse entspricht dem Nickwinkel (θ). Der Nickwinkel θ ist wie dargestellt durch θ_max und θ_min begrenzt. Im Allgemeinen existiert in dem normalen Bereich ein linearer Zusammenhang, in einem steiferen Bereich liegt jedoch ein nichtlinearer Zusammenhang vor. Die Werte unterscheiden sich leicht für Nicken nach vorn und Nicken nach hinten.
Das Fahrzeugsystem wendet die zweite Kompensationsstrategie an, um den Nickwinkel (θ) auf der Basis von V_x, a s / x und einer Vertikalbeschleunigung (a s / z) zu schätzen. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen liefern die Inertialsensoren 52 von 1 die Vertikalbeschleunigung (a s / z).
Aus praktischen Gründen kann eine Variable (ψ) wie folgt definiert werden: ψ = a s / z + lcr . – (V ._x – r·V_y) (42)
Die folgende Gleichung kann erhalten werden, indem die Gleichungen 7, 9 und 42 kombiniert werden und (α_r + θ) substituiert wird:
Indern der Term höherer Ordnung mit θ⁴ vernachlässigt wird, kann Gleichung 43 wie folgt vereinfacht werden: ψ(V ._x – r·V_y)θ² – 2gV ._xθ + ψ² + 2g(a s / z – g) = 0 (44)
Eine Gleichung zur Berechnung des relativen Nickwinkels (θ) gemäß der zweiten Strategie wird erhalten, indem die Wurzel von Gleichung 44 berechnet wird, wie in Gleichung 45 angegeben:
Das Fahrzeugsystem wendet die dritte Kompensationsstrategie an, um den Nickwinkel (θ) auf der Basis von V_x, a s / x und einer Schwerkraftkomponente a g / x, die durch das erweiterte Kalman-Filter geliefert wird, zu schätzen. Eine Approximationsgleichung ist nachfolgend angegeben:
Der Nickwinkel (θ) kann zusammen mit einem geschätzten Straßengradienten (α_r) iterativ durch Regression auf der Basis der folgenden Gleichung ermittelt werden:
wobei a ^ g / x(k = 0) = a g / x(t) aus dem Ausgang des Kalman-Filters auf der Basis eines Anfangskompensationswertes von a off / x(t) . Dieser Wert kann null (0) sein, ein beliebiger anderer zulässiger Wert oder das Regressionsergebnis aus dem vorhergehenden Zyklus a off / x(k + = 0) = a off / x(t).
Gleichungen zum Schätzen des Straßengradienten (α ^_r) und des relativen Nickwinkels (θ ^) gemäß der dritten Kompensationsstrategie können in Form der folgenden Gleichungen 48 und 49 angegeben werden:
wobei a ^ g / x(∞) und a off / x(∞) den konvergierten Wert von a ^ g / x(k) und a off / x(k) durch den Regressionsprozess bei k → ∞ bezeichnen. Die Konvergenz erfolgt im Allgemeinen innerhalb von 5–10 Iterationen.
Von daher bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber den existierenden Verfahren, indem es einen kinematischen Straßengradienten unter Verwendung eines eingangskompensierten Beschleunigungs-Versatzes schätzt, um die Genauigkeit zu verbessern und Unsicherheiten und Offsets zu beseitigen, die durch die Querdynamik des Fahrzeugs und ihre Kopplungseffekte verursacht werden.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn) auf der Basis von Eingangsgrößen, die der geschätzten Fahrzeugmasse, Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsmoment und Antriebsstrang-Abtriebsmoment) und anderen Widerstandskräften, die auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und die Straßengradientenlast), entsprechen. Im Allgemeinen weist die dynamische RGE, verglichen mit statischer und kinematischer RGE, Bedingungen niedrigerer Qualität auf, da an ihrer Schätzung mehr Signale beteiligt sind und das Rauschen und der Fehler in jedem Signal sich bis zum endgültigen RGE-Ausgang fortpflanzen. Für die dynamische RGE wird jedoch nicht das Längsbeschleunigungssignal (a s / x) benötigt, und daher hat sie einen anderen Anwendungsbereich für Signale als die statischen und die kinematischen Schätzungen. Obwohl die dynamische Straßengradientenschätzung sekundär ist, ist der Fahrzeugmassenschätzungs-Teil ein nützlicher Parameter für viele Fahrzeugsysteme.
Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Verwendung eines Algorithmus der rekursiven kleinsten Quadrate (Recursive Least Square, RLS) unter gewissen Fahrzeugbedingungen. Im Allgemeinen ändert sich die Fahrzeugmasse nur, wenn ein Objekt (z. B. ein Insasse) zusätzlich in das Fahrzeug gelangt oder dieses verlässt. Eine solche Änderung tritt gewöhnlich nur ein, wenn das Fahrzeug hält. Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse, während sich das Fahrzeug bewegt, unter Verwendung fahrzeugdynamischer Gleichungen, und unabhängig von der Straßengradientenschätzung. Indem Fahrzeugmasse und Straßengradient unabhängig geschätzt werden, oder parallel, erhöht das Fahrzeugsystem die Genauigkeit jeder Schätzung gegenüber existierenden Verfahren. Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse unter Anwendung einer Strategie der Ereignissuche, wodurch die Masse unter Fahrzeugbedingungen geschätzt wird, unter denen das Signal-Rausch-Verhältnis gewisser Eingänge hoch ist. Das Fahrzeugsystem schätzt dann die Fahrzeugmasse unter Verwendung eines Algorithmus der rekursiven kleinsten Quadrate (RLS), wenn das gesuchte Ereignis eintritt. Bei Fahrzeugbedingungen, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug hält), initialisiert das Fahrzeugsystem gewisse Parameter in dem Algorithmus zur Massenschätzung neu, um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen.
Das Fahrzeugsystem schätzt eine Fahrzeugmasse unter Verwendung dynamischer Fahrzeugrahmen-Gleichungen, welche auf dem zweiten Newtonschen Gesetz (ΣF = ma) basieren, wie nachfolgend angegeben: M_eV ._x = F_pwt – F_brk – F_drag – F_g (50) wobei M_e die geschätzte Fahrzeugmasse ohne Nutzlast (Insasse oder Fracht) ist, V ._x die Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, F_pwt die Antriebskraft am Ausgang des Antriebsstrangs ist, F_brk die Bremskraft ist, F_drag die Widerstandskraft ist und F_g die Kraft infolge der Schwerkraft ist.
Gleichung 50 kann umformuliert werden, so dass sie nach M_e aufgelöst wird, und ferner in Abhängigkeit davon, ob bei dem Fahrzeug ein Gang eingelegt ist, wie folgt in Gleichungen aufgespalten werden:
wobei M_v die geschätzte Fahrzeugmasse ist, welche die Fahrzeugmasse ohne Nutzlast (M_e) und die Fahrzeugnutzlasten umfasst. Der Begriff ”Gang eingelegt” bezieht sich im Wesentlichen darauf, ob der Antriebsstrang mit den Rädern verbunden ist oder nicht. J_w und J_p sind die Trägheitsmomente an den Rädern bzw. dem Antriebsstrang. R_w ist der Radradius. r_p ist das konzentrierte Drehmomentübertragungsverhältnis, und η_p ist der konzentrierte Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung. J_p, r_p und η_p variieren in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung. Diese Werte variieren außerdem für Hybridelektrofahrzeuge mit mehreren Antriebsvorrichtungen (z. B. einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine).
Eine trägheitsabhängige Fahrzeugmasse (M_i) wird gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung 52 berechnet:
Eine äquivalente Reifenlängskraft (F_pwt), die auf die Räder wirkt, kann auf der Basis des Gesamt-Antriebsdrehmoments des Antriebsstrangs (T_{pwt_whl}) oder des Gesamt-Regenerativbremsmoments (T_{brk_whl}) gemäß der nachfolgenden Gleichung 53 berechnet werden:
wobei T_eng und T_mot die Abtriebsdrehmomente der Brennkraftmaschine und des Elektromotors sind und T_{eng_whl} und T_{mot_whl} ihre entsprechenden Drehmomente an den Rädern sind. r_pe, r_pm, η_pe und η_pm sind die konzentrierten Drehmomentübertragungsverhältnisse und Wirkungsgrade der Drehmomentübertragung der Brennkraftmaschine bzw. des Elektromotors. Eine äquivalente Längsbremskraft (F_brk), die auf die Räder wirkt, kann auf der Basis des Gesamt-Reibungsbremsmoments gemäß der nachfolgenden Gleichung 54 berechnet werden:
wobei P_brk der wirksame Bremsleitungsdruck in den Radbremskammern an den Radanordnungen ist. Dies ist ein äquivalenter Term, der an allen Rädern ermittelt wird, da an den einzelnen Radbremskammern unterschiedliche Bremsleitungsdrücke anliegen können. K_brk ist der Reibungsbremsen-Wirksamkeitsfaktor, welcher bestimmt, wie viel Reibungsbremsmoment über die Bremsbeläge realisiert werden kann, wenn ein gewisser Bremsdruck gegeben ist. Der Wert von K_brk variiert in Bezug auf Bedingungen des Bremssystems, wie Temperatur, Feuchtigkeit usw. Bei einer Ausführungsform entspricht K_brk einer vorbestimmten Konstante.
Eine Widerstandskraft (F_drag) kann gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung 55 berechnet werden: F_drag = 1 / 2Kρ_aA_dC_dV 2 / x + M_vgf_rcosα_r (55) wobei ρ_a und C_d konstante aerodynamische Parameter sind, A_d eine Querschnittsfläche des Fahrzeugs ist und f_r der Rollwiderstandskoeffizient ist.
Eine infolge der Schwerkraft auf das Fahrzeug wirkende Last (F_g) kann gemäß der folgenden Gleichung 56 bestimmt werden: F_g = M_vgsinα_r (56) wobei α_r der Straßengradient ist.
Gleichung 56 kann für die Ebene der Drehmomente umgewandelt werden, wie die folgende Gleichung 57 angibt: T_g = M_vgR_wsinα_r (57) wobei R_w der Radradius ist.
Es wird ein erstes Verfahren zum Schätzen der Fahrzeugmasse gleichzeitig mit dem Straßengradienten unter Verwendung kinematischer Gleichungen bereitgestellt, die eine Kleinste-Quadrate-Schätzfunktion verwenden, auf der Basis des folgenden parametrisierten Modells:
Die Schätzergebnisse für Fahrzeugmasse (Mv) und Straßengradient (α_r), die auf der Basis des Modells von Gleichung 58 erhalten werden, sind folgende:
Durch das Auflösen nach zwei Unbekannten (α_r und M_v) gleichzeitig wird jedoch ein zusätzlicher Fehler in die Schätzungen eingebracht.
Ein zweiter Ansatz zum Schätzen der Fahrzeugmasse unter Verwendung kinematischer Gleichungen besteht darin, die Fahrzeugmassenschätzung von der Straßengradientenschätzung auf der Basis des folgenden mathematischen Modells zu trennen:
Die Gleichung kann wie folgt vereinfacht werden, wie oben unter Bezugnahme auf Gleichung 10 beschrieben wurde und nachfolgend nochmals angegeben ist: V ._x = a_x = a s / x + a off / x – gsinα_r (10) wobei a off / x einen Beschleunigungs-Versatz bezeichnet und gleich (l_cr . + r·V_y – gsinθ) ist. I_c ist der seitliche Versatz, r ist die Gierrate, V_y ist die Quergeschwindigkeit und θ ist der Fahrzeugnickwinkel. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem diese Werte (I_c, V_y und θ) nicht als Eingänge. Vielmehr schätzt das Fahrzeugsystem diese Werte aus anderen Eingängen unter Verwendung einer Anzahl von Kompensationsstrategien.
Die folgende Gleichung wird durch Kombinieren der Gleichungen 61 und 10 erhalten:
Die Variable (a_δg) stellt die Beschleunigungsstörung dar, die von Schwankungen des Straßengradienten erregt wird, und kann gemäß der folgenden Gleichung 63 berechnet werden:
wobei M_v die Summe der Fahrzeugmasse M_e und von Fahrzeugnutzlasten ist.
Die Beschleunigungsstörung (a_δg) trägt zu dem Schätzfehler bei. Wenn die Fahrzeugnutzlast klein ist, kann a_δg vernachlässigt werden. a_δg kann auch regressiv kompensiert werden, nachdem sich eine geschätzte Fahrzeugmasse in einem stationären Zustand befindet und konvergiert hat. Der Beschleunigungs-Versatz (a off / x) kann bestimmt und als Vorwärtsregelungs-Eingangskompensation verwendet werden, wie oben unter Bezugnahme auf 14–17 beschrieben wurde.
Gleichung 62 kann umgestellt werden, um sie nach M_e und M_v aufzulösen, wie nachfolgend angegeben:
Die Widerstandskraft (F_drag) und der Straßengradient (α_r) werden kompensiert, um Schätzungen der Fahrzeugmasse zu erhalten. Aufgrund des Signalrauschens ist es jedoch schwierig, diese Terme genau zu kompensieren. Diese Terme weisen langsame dynamische Schwankungen auf, verglichen mit den Schwankungen, welche die Fahrzeuglängsdynamik aufweist. Daher können diese Terme bei einem Schätzereignis, das einen kurzen Zeitraum betrifft, als unbekannte Konstante behandelt werden. Eine differenzbasierte Schätzungsgleichung kann wie folgt abgeleitet werden: a i / x(t)M_e = F_whl(t) – F_drag(t) + M_ea_δg(t) (66) a i / x(t + Δt)M_e = F_whl(t + Δt) – F_drag(t + Δt) + M_ea_δg(t + Δt) (67) wobei die Längsbeschleunigung (a i / x) beim Zeitindex (i) gleich (a s / x + a off / x) ist und die Kraft an den Rädern (F_whl) gleich (T_{pwt_whl} – K_brkP_brk)/R_w ist. Die Variable (t) ist ein Zeitpunkt innerhalb eines geeigneten (”qualifizierten”) Schätzereignisses. Δt ist ein vordefinierter Zeitintervallparameter.
Da F_drag(t) ≈ F_drag(t + Δt) und a_δg(t) ≈ a_δg(t + Δt) ist, kann ein inkrementelles Modell der Fahrzeuglängsdynamik erhalten werden, indem die Differenz zwischen den Gleichungen 66 und 67 gebildet wird, wie nachfolgend angegeben:
wobei ΔF_whl und Δa i / x die Differenzen zwischen den Werten F_whl bzw. a i / x sind, ausgewertet im Zeitintervall Δt innerhalb eines qualifizierten Schätzereignisses.
Durch Schätzen der Fahrzeugmasse (M_v) unter Verwendung eines solchen Ansatzes wird die Fahrzeugmassenschätzung von Rauschfaktoren isoliert, wie: aerodynamisches Rauschen, Rollwiderstand und Straßengradient. Bei Δt → 0 kann die Gleichung 68 zu einem Ableitungsformat gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung 69 vereinfacht werden:
Es wird auf 18 Bezug genommen; sie zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das ein Verfahren zur Fahrzeugmassenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1810 bezeichnet ist. Das Verfahren 1110 ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen in dem Block 426 der dynamischen Straßengradientenschätzung (RGE_dyn) von 4 enthalten. Im Block 1812 empfängt das Fahrzeugsystem Eingangsgrößen, welche Beschleunigung (a) Gierrate (r), Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), Bremsdruck (P_brk), Antriebsstrangmoment (T_pwt) und Bremsmoment (T_brk) umfassen. Der Eingang kann direkt von Sensoren empfangen werden, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, oder indirekt über den CAN-Bus.
Im Block 1814 bestimmt das Fahrzeugsystem dynamische Masseneingangsparameter Y_k und ϕ_k, welche einen Systemausgang bzw. Systemeingang darstellen. Die Eingangsparameter basieren auf der berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), der Längsbeschleunigung (a s / x), einer Antriebsstrangkraft (F_pwt), einer Bremskraft (F_brk) und einem Beschleunigungs-Versatz (a off / x). F_pwt und F_brk werden auf der Basis von T_pwt und T_brk berechnet. Im Block 1816 schätzt das Fahrzeugsystem die dynamische Masse (M_v). Im Block 1818 bestimmt das Fahrzeugsystem den Beschleunigungs-Versatz a off / x. Der Beschleunigungs-Versatz wird als Vorwärtsregelungs-Eingangskompensation für RGE bereitgestellt. Im Block 1820 schätzt das Fahrzeugsystem den Straßengradienten α_r.
Das Fahrzeugsystem schätzt im Block 1816 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen die dynamische Fahrzeugmasse (M_v) unter Verwendung einer rekursiven Kleinste-Quadrate-(Recursive Least Square, RLS-)Schätzung gemäß Gleichung 65, 68 oder 69. Die RLS-Schätzung basiert auf dem folgenden parametrisierten Schätzmodell: y = ϕ·θ (70)
Ein Algorithmus der rekursiven Kleinste-Quadrate-(RLS-)Schätzung wird wie nachfolgend angegeben entwickelt:
θ ^(k) = θ ^(k – 1) + L(k)[y(k) – ϕ(k)·θ ^(k)] (72) P(k) = [1 – L(k)ϕ(k)]P(k – 1) (73) wobei θ ^(k) die geschätzte Version des Parameters θ im k-ten Ausführungsschritt ist. Die RLS-Schätzfunktion ist eine Filterungsstrategie, welche die geschätzten Daten mittelt, die auf der Basis des Fehlers zwischen der Messung und dem vorhergesagten Modellausgang aktualisiert werden. Eine solche Schätzstrategie kann angewendet werden, wenn der zu schätzende Parameter in der Natur konstant ist. Zum Initialisieren der Schätzung wird P(0) gleich 1 gesetzt.
Die Parameter der RLS-Gleichungen 71–73 variieren in Abhängigkeit davon, welche Gleichung zur Fahrzeugmassenschätzung verwendet wird (z. B. Gleichung 65, 68 oder 69). Die folgenden Parameter werden verwendet, wenn die RLS-Gleichungen (71–73) auf der Basis der Fahrzeugmassenschätzung von Gleichung 65 berechnet werden:
Die folgenden Parameter werden verwendet, wenn die RLS-Gleichungen (71–73) auf der Basis der differenzbasierten Fahrzeugmassenschätzung von Gleichung 68 berechnet werden: θ = M_e ϕ = Δa i / x|_Δt y = ΔF_whl|_Δt (75)
Alternativ dazu werden die folgenden Parameter verwendet, wenn die RLS-Gleichungen (71–73) auf der Basis des differentialbasierten Algorithmus von Gleichung 69 berechnet werden:
Das Fahrzeugsystem verwendet die RLS-Schätzung, um die Fahrzeugmasse bei gewissen qualifizierten Fahrzeugereignissen zu schätzen. Die Massenschätzfunktion wird auf der Basis der Bedingung erstellt, wenn die Fahrzeugdynamik vorwiegend eine Längsdynamik ist. Somit sucht das Fahrzeugsystem nach Bedingungen, unter denen die longitudinale Trägheitswirkung des Fahrzeugs gegenüber den zugehörigen Rauschfaktoren dominierend ist, oder das Signal-Rausch-Verhältnis hoch ist. Diese qualifizierten Ereignisse treten im Allgemeinen während des Bremsen/der Verzögerung des Fahrzeugs oder während der Beschleunigung des Fahrzeugs ein.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen erkennt das Fahrzeugsystem ein qualifiziertes Fahrzeugbrems-/Verzögerungsereignis, wenn jede der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. V_x ≥ C_DynMassBrkEntry;
2. a i / x ≤ C_aRGEAxNeg;
3. |r| ≤ C_small_yaw; und
4. (Fwhl < C_FBrk und F ._whl < C_DFBrk und F .._whl < C_D2FBrk) oder (Fwhl < C_FBrk2 und F .whl < C_DFBrk2).

Bei einer oder mehreren Ausführungsformen erkennt das Fahrzeugsystem ein qualifiziertes Fahrzeugbeschleunigungsereignis, wenn jede der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. V_x ≥ C_DynMassPropEntry;
2. a i / x ≥ C_aRGEAxPos;
3. |r| ≤ C_small_yaw; und
4. (Fwhl > C_FProp und F ._whl < C_DFPropUp und F ._whl > C_DFPropDn und F .._whl < C_D2FPropUp und F .._whl < C_D2FPropDn) oder (Fwhl > C_FProp2 und F ._whl > C_DFProp2 und F .._whl > C_D2FProp2).

In den obigen Bedingungen bezeichnet eine Variable, welche mit ”C” beginnt, einen Kalibrierungsparameter. Die Kalibrierungsparameter sind vorbestimmte Werte, die dazu bestimmt sind, auf ein spezielles Schätzereignis abzuzielen. Die Bedingungen liefern eine abstimmbare Konstruktion einer qualifizierten, überwiegend längsgerichteten Fahrzeugbewegung. Je strenger die Parameter in Richtung dynamischer Signifikanz abgestimmt werden, desto höher ist die Schätzgenauigkeit, welche erreicht werden kann. Solche strengen Parameter bewirken jedoch eine Verkürzung des verfügbaren Zeitintervalls der Schätzung, da ein qualifiziertes Ereignis dann weniger häufig eintreten wird. Somit hängt ein qualifiziertes Schätzereignis von einem gewissen Grad von Fahraggressivität ab. Je kräftiger oder schneller die Beschleunigung oder das Bremsen des Fahrzeugs erfolgt, desto dominierender ist die Trägheitswirkung, die in der Fahrzeugdynamik ausgelöst wird. Die Abstimmung der qualifizierten Schätzparameter ist ein Kompromiss zwischen Schätzgenauigkeit und dem Eintreten von Ereignissen, da ein aggressives Fahrverhalten während eines normalen Fahrprozesses weniger häufig auftritt.
Es wird auf 19 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Schätzen der Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1910 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 1910 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Verfahren 1910 ist sowohl für Beschleunigungs- als auch für Brems-/Verzögerungsereignisse anwendbar und entspricht den Ereignisbedingungen, die oben aufgelistet wurden.
Im Schritt 1912 wertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob Vx größer als ein Schätzungseintrittsgeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Schritt 1912 entspricht der ersten Ereignisbedingung. Der Schätzungseintrittsgeschwindigkeits-Schwellenwert entspricht einem kalibrierten Bremseintrittsgeschwindigkeits-Schwellenwert (C_DynMassBrkEntry) für das Bremsereignis und einem kalibrierten Antriebseintrittsgeschwindigkeits-Schwellenwert (C_DynMassPropEntry) für das Beschleunigungsereignis. Falls die Bestimmung im Schritt 1912 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1914 fort.
Im Schritt 1914 aktualisiert das Fahrzeugsystem den Eingang (ϕ) und Ausgang (Y) des Schätzmodells auf der Basis des gewählten Algorithmus der Fahrzeugmassenschätzung, wie unter Bezugnahme auf die Gleichungen 74–76 beschrieben. Im Schritt 1916 berechnet das Fahrzeugsystem die Schätzbedingungssignale (F ._whl und F .._whl), wie unter Bezugnahme auf die Gleichungen 75 und 76 beschrieben.
Im Schritt 1918 wertet das Fahrzeugsystem die Längsbeschleunigung (a i / x) und die Gierrate (r) aus, um zu bestimmen, ob die Fahrzeugdynamik primär eine Längsdynamik mit einer ausreichend kleinen Gierrate ist. Schritt 1918 entspricht der zweiten und der dritten Ereignisbedingung. Für ein Bremsereignis ist die Fahrzeugdynamik primär eine Längsdynamik, falls die Längsbeschleunigung (a i / x) kleiner als ein oder gleich einem kalibrierten negativen Beschleunigungsschwellenwert (C_aRGEAxNeg) ist. Für ein Beschleunigungsereignis ist die Fahrzeugdynamik primär eine Längsdynamik, falls die Längsbeschleunigung (a i / x) größer als ein oder gleich einem kalibrierten positiven Beschleunigungsschwellenwert (C_aRGEAxPos) ist. Sowohl für ein Bremsereignis als auch für ein Beschleunigungsereignis ist die Gierrate (r) ausreichend klein, falls der Betrag der Gierrate (|r|) kleiner als ein oder gleich einem kalibrierten kleinen Gierratenschwellenwert (C_small_yaw) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1918 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1920 fort.
Im Schritt 1920 wertet das Fahrzeugsystem die Kraft an den Rädern (Fwhl) zusammen mit Ableitungen höherer Ordnung der Kraft an den Rädern (F ._whl und F .._whl) aus, um zu bestimmen, ob ein qualifiziertes Schätzereignis vorliegt. Schritt 1920 entspricht der vierten Ereignisbedingung.
Für ein Bremsereignis ist die vierte Bedingung erfüllt, falls: die Radkraft (Fwhl) kleiner als eine kalibrierte Bremskraft (C_Fbrk) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) kleiner als eine Ableitung der kalibrierten Bremskraft (C_DFBrk) ist; und eine zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) kleiner als eine zweite Ableitung der kalibrierten Bremskraft (C_D2FBrk) ist. Alternativ dazu kann die vierte Bremsbedingung auch erfüllt sein, falls die Radkraft (Fwhl) kleiner als eine zweite kalibrierte Bremskraft (C_Fbrk2) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) kleiner als eine Ableitung der zweiten kalibrierten Bremskraft (C_DFBrk2) ist.
Für ein Beschleunigungsereignis ist die vierte Bedingung erfüllt, falls: die Radkraft (Fwhl) größer als eine kalibrierte Antriebskraft (C_FProp) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) kleiner als eine Ableitung der kalibrierten Bergauf-Antriebskraft (C_DFPropUp) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) größer als eine Ableitung der kalibrierten Bergab-Antriebskraft (C_DFPropDn) ist; und eine zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) kleiner als eine zweite Ableitung der kalibrierten Bergauf-Antriebskraft (C_D2FPropUp) ist; und die zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) kleiner als eine zweite Ableitung der kalibrierten Bergab-Antriebskraft (C_D2FPropDn) ist. Alternativ dazu kann die vierte Beschleunigungsbedingung auch erfüllt sein, falls die Radkraft (Fwhl) größer als eine zweite kalibrierte Antriebskraft (C_FProp2) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) größer als eine Ableitung der zweiten kalibrierten Antriebskraft (C_DFProp2) ist; und die zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) größer als eine zweite Ableitung der zweiten kalibrierten Antriebskraft (C_D2FProp2) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 1920 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1922 fort.
Im Schritt 1922 führt das Fahrzeugsystem einen RLS-Algorithmus zur Fahrzeugmassenschätzung aus (z. B. unter Verwendung der Gleichungen 71–73). Im Schritt 1924 schätzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmasse (z. B. unter Verwendung der Gleichung 65, 68 oder 69). Nach Schritt 1924 oder als Reaktion auf negative Bestimmungen im Schritt 1912, 1918 oder 1920 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 1926 fort und kehrt dann zu Schritt 1912 zurück.
Es ist unwahrscheinlich, dass sich die Fahrzeugmasse ändert, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet. Das Fahrzeugsystem fährt fort, den Fahrzeugzustand zu überwachen, und führt bei Vorliegen eines qualifizierten Schätzereignisses Schätzungsaktualisierungen durch. Die geschätzte Fahrzeugmasse wird über sämtliche Schätzungsinstanzen unter der Annahme gemittelt, dass die Fahrzeugmasse konstant ist und das Schätzungsrauschen ein Gaußsches Rauschen mit Mittelwert null ist. Die Fahrzeugmasse kann sich jedoch ändern, wenn sich das Fahrzeug langsam bewegt und wenn es für einen gewissen Zeitraum angehalten wird. Unter solchen Fahrzeugbedingungen stellt das Fahrzeugsystem die Empfindlichkeit der RLS-Schätzfunktion auf einen empfindlicheren Zustand ein, so dass eine Änderung der Fahrzeugmasse leicht erkannt wird.
Es wird auf 20 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Rücksetzen von Fahrzeugmassenschätzungs-Parametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 2010 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 2010 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Verfahren 2010 setzt Fahrzeugmassenschätzungs-Parameter unter gewissen Fahrzeugbedingungen zum Einstellen der Empfindlichkeit der RLS-Schätzfunktion zurück.
Im Schritt 2012 wertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Fahrzeuganhaltegeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2012 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2014 fort und inkrementiert den Fahrzeugstopp-/Stillstands-Timer (Tmr_stand) um eine Zykluszeit oder zählt ihn um eine Zykluszeit hoch, und der Stopp-/Stillstands-Timer beginnt dann, die Dauer des Haltens des Fahrzeugs aufzuzeichnen. Im Schritt 2016 setzt das Fahrzeugsystem einen Abfahr-Timer (Tmr_drive) zurück, indem es Tmr_drive gleich null setzt. Im Schritt 2018 wertet das Fahrzeugsystem eine Gesamtzahl von qualifizierten Schätzereignissen (Cntr_EstTot) aus, um zu bestimmen, ob Cntr_EstTot größer als ein kalibrierter Schwellenwert von Schätzereignissen (C_QuaEstEvnt) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2018 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2020 fort und aktualisiert einen RLS-Schätzungsspeicher (Vmass_memo), indem es Vmass_memo gleich einer vorliegenden Fahrzeugmassenschätzung (Vmass_est) setzt. Vmass_est entspricht gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der Fahrzeugmasse (Vmass_rls), die im Schritt 1924 von 19 geschätzt wird, und der geschätzten Fahrzeugmasse (Mv) der Gleichungen 65, 68 und 69. Nach Schritt 2020 oder als Reaktion auf eine negative Bestimmung im Schritt 2018 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2022 fort.
Im Schritt 2022 wertet das Fahrzeugsystem den Stopp-/Stillstands-Timer (Tmr_stand) aus, um zu bestimmen, ob Tmr_stand größer als ein kalibrierter Stillstands-Timer (C_StandstilTm) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2022 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2024 fort und setzt die Grenzen für RLS-Parameter und Massenschätzung auf ihre ursprünglichen Werte zurück. Zum Beispiel kann das Fahrzeugsystem den RLS-Schätzparameter P(k) (aus Gleichung 73) auf seinen Anfangswert P(0) zurücksetzen. Im Schritt 2026 setzt das Fahrzeugsystem den Zähler für die Gesamtzahl qualifizierter Schätzungsinstanzen (Enter_EstTot) zurück, indem es Enter_EstTot gleich null setzt. Falls die Bestimmung im Schritt 2012 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2028 fort. Im Schritt 2028 wertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) aus, um zu bestimmen, ob Vx größer als ein Abfahrgeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2028 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2030 fort und inkrementiert den Fahrzeugabfahr-Timer (Tmr_drive) um eine Zykluszeit oder zählt ihn um eine Zykluszeit hoch, und der Abfahr-Timer beginnt dann, die Bewegungsdauer Fahrzeugs aufzuzeichnen. Im Schritt 2032 wertet das Fahrzeugsystem den Abfahr-Timer (Tmr_drive) und den Stopp-/Stillstands-Timer (Tmr_stand) aus, um zu bestimmen, ob sowohl Tmr_drive größer als ein kalibrierter Abfahr-Timer (C_StandstilTm) ist als auch Tmr_stand größer als null ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2032 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2034 fort. Im Schritt 2034 setzt das Fahrzeugsystem einen Stopp-/Stillstands-Timer (Tmr_stand) zurück, indem es Tmr_stand gleich null setzt. Nach den Schritten 2026 und 2034 oder als Reaktion auf negative Bestimmungen in den Schritten 2022, 2028 oder 2032 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2336 fort und kehrt dann zu Schritt 2012 zurück.
Ein kurzes oder transientes (vorübergehendes) Schätzereignis ist für eine Fahrzeugmassenschätzung nicht ausreichend. Im Allgemeinen erfüllt ein transientes Ereignis nicht die zweite Bedingung im Zusammenhang mit Trägheit in Längsrichtung. Jedoch selbst dann, wenn ein solches transientes Ereignis die zweite Bedingung erfüllt, entfernt das Fahrzeugsystem das transiente Ereignis trotzdem aus den Schätzergebnissen, da eine gewisse Dauer des Vorliegens der Schätzung notwendig ist, bevor die geschätzte Fahrzeugmasse zu konvergieren beginnt. Die geschätzte Fahrzeugmasse wird aktualisiert, wenn eine ausreichende Anzahl von Schätzungsinstanzen beobachtet worden ist.
Es wird auf 21 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Aktualisieren von Fahrzeugmassenschätzungs-Parametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 2110 bezeichnet. Das Verfahren ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode implementiert, der in der VSC enthalten ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das Verfahren 2110 in anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen implementiert oder auf mehrere Fahrzeugsteuereinrichtungen verteilt. Das Verfahren 2110 aktualisiert einen Fahrzeugmassenschätzungs-Zustand, wenn das qualifizierte Schätzereignis ein vorbestimmtes Zeitintervall überschreitet.
Im Schritt 2112 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob ein qualifiziertes Schätzereignis vorliegt. Schritt 2112 entspricht den Schritten 1912–1920 von 19. Falls die Bestimmung im Schritt 2112 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2114 fort und berechnet Vmass_rls, wie im Schritt 1924 beschrieben. Im Schritt 2116 inkrementiert das Fahrzeugsystem einen Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Im Schritt 2118 wertet das Fahrzeugsystem den Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) aus, um zu bestimmen, ob Cntr_est größer als ein oder gleich einem kalibrierten Zeitintervall-Schwellenwert (C_EstEvnt4Update) ist, welcher einer ausreichenden Instanz der Schätzung für ein Schätzereignis entspricht. Falls die Bestimmung im Schritt 2118 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2120 fort und aktualisiert einen Schätzungsaktualisierungszustand (Vmass_update), indem es Vmass_update gleich dem vorliegenden Fahrzeugmassenschätzungs-Zustand (Vmass_rls) setzt.
Im Schritt 2122 wertet das Fahrzeugsystem den Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) aus, um zu bestimmen, ob Cntr_est gleich dem kalibrierten Zeitintervall-Schwellenwert (C_EstEvnt4Update) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2122 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2124 fort und inkrementiert den Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Falls die Bestimmung im Schritt 2122 positiv ist, inkrementiert das Fahrzeugsystem den akkumulativen Zähler (Cntr_EstTot) um Cntr_est, welcher bei jeder Instanz in qualifizierten Schätzereignissen hochzählt.
Im Schritt 2128 wertet das Fahrzeugsystem den akkumulierten Zählerstand qualifizierter Schätzereignisse (Cntr_EstTot) aus, um zu bestimmen, ob Cntr_EstTot größer als ein kalibrierter Schwellenwert für qualifizierte Schätzereignisse (C_QuaEstEvnt) ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2128 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2130 fort und setzt den Ausgang der dynamischen Massenschätzung (Vmass_est) gleich dem Zustand der RLS-Schätzfunktion (Vmass_rls). Falls die Bestimmung im Schritt 2128 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2132 fort und setzt den Ausgang der dynamischen Massenschätzung (Vmass_est) gleich dem gespeicherten Wert des Schätzungsspeichers (Vmass_memo). Falls die Bestimmung im Schritt 2112 negativ ist, liegt kein qualifiziertes Schätzereignis vor; das Fahrzeugsystem fährt dann mit Schritt 2134 fort. Im Schritt 2134 dekrementiert das Fahrzeugsystem den Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Im Schritt 2136 wertet das Fahrzeugsystem den Schätzungsinstanzenzähler (Cntr_est) aus, um zu bestimmen, ob Cntr_est kleiner als oder gleich null ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2136 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2138 fort und setzt den vorliegenden Fahrzeugmassenschätzungs-Zustand (Vmass_rls) gleich dem Schätzungsaktualisierungszustand (Vmass_update). Nach den Schritten 2130, 2132, 2138 und als Reaktion auf eine negative Bestimmung im Schritt 2136 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2140 fort und kehrt dann zu Schritt 2112 zurück.
Es wird auf 22 Bezug genommen; gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen begrenzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmassenschätzung unter Verwendung dynamischer Grenzen. Das Vorhandensein einer einzigen ungenauen Fahrzeugmassenschätzungs-Instanz kann den Schätzzustand verzerren. Daher legt das Fahrzeugsystem Grenzen fest, um mit einem systematischen Fehler behaftete und unsinnige Schätzergebnisse zu vermeiden, die durch gewisse Rauschfaktoren in dem Schätzprozess hervorgerufen werden. Wie bei der dargestellten Ausführungsform ersichtlich, legt das Fahrzeugsystem eine obere Grenze (Ubd) und eine untere Grenze (Lbd) fest. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht die obere Grenze (Ubd) einem maximalen Gesamtgewicht des Fahrzeugs (Gross Vehicle Weight, GVW), welches das Fahrzeug, Insassen und Fracht beinhaltet; und die untere Grenze (Lbd) entspricht einem Wert, der kleiner als das Leergewicht des Fahrzeugs ist, welcher nur das Fahrzeug beinhaltet. Wie in 22 dargestellt, entspricht Ubd einem GVW von ungefähr 2.500 kg, und Lbd entspricht einem Leergewicht von ungefähr 1.700 kg bei Anfangsbedingungen, mit einer Differenz von ungefähr 800 N bei (Zeit = 0 s).
Die Grenzen sind insofern dynamisch, als sie gegen die geschätzte Fahrzeugmasse konvergieren. Da sich die Fahrzeugmasse im Allgemeinen nicht ändert, während sich das Fahrzeug bewegt, sind die Grenzen eng oder konvergieren gegen einen gleitenden Mittelwert der geschätzten Fahrzeugmasse, so dass sich die Differenz zwischen den beiden Grenzen verringert, wenn mehr Schätzungsinformationen verfügbar werden, um unsinnige Fahrzeugmassenschätzungen herauszufiltern. Zum Beispiel hat sich, wie für die dargestellte Ausführungsform angegeben, zum Zeitpunkt 150 s der Wert von Ubd auf ungefähr 2.200 N verringert, und der Wert von Lbd hat sich auf ungefähr 1.750 N erhöht, so dass die Differenz ungefähr 450 N beträgt.
Die Schätzungsgrenzen werden auf den ursprünglichen oberen bzw. unteren Grenzwert zurückgesetzt, wenn die Rücksetzbedingung erfüllt ist, wie oben unter Bezugnahme auf 20 beschrieben wurde. Außerdem konvergieren die Grenzen, während das Fahrzeug qualifizierte Schätzungsaktualisierungen akkumuliert. Wie oben unter Bezugnahme auf 21 beschrieben, enthält das Fahrzeugsystem einen Zähler (Cntr_est), welcher jedes Mal inkrementiert wird, wenn ein qualifiziertes Beschleunigungs- oder Verzögerungsereignis eintritt. Ein Massenschätzereignis-Flag (Mevent) ist in 22 dargestellt und mit den anderen Signalen gekoppelt, so dass Mevent gleich ”NQ” ist, wenn kein qualifiziertes Ereignis erkannt wird, Mevent gleich ”QA” ist, wenn ein qualifiziertes Beschleunigungsereignis erkannt wird (z. B. am Punkt 2212), und Mevent gleich ”QB” ist, wenn ein qualifiziertes Bremsereignis erkannt wird (z. B. am Punkt 2214). Sobald ein qualifiziertes Ereignis erkannt wird, beginnt der Zähler hochzuzählen, einmal pro Ausführungszyklus. Sobald die Gesamtanzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, setzt das Fahrzeugsystem die anfängliche geschätzte Fahrzeugmasse gleich der durch RLS-Schätzung geschätzten Masse, wie durch das Bezugszeichen 2216 bezeichnet.
Es wird auf 23 Bezug genommen; während das Fahrzeugsystem mehr Fahrzeugmassen-Informationen akkumuliert, konvergiert die geschätzte Masse gegen eine tatsächliche Fahrzeugmasse (Istmasse). 23 zeigt Testergebnisse, die für ein Fahrzeug mit einer bekannten Masse aufgezeichnet wurden, welche durch die Istmassen-Kurve (Mass_actual) dargestellt ist. 23 enthält außerdem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die Kurve des Flags für qualifizierte Ereignisse (Mevent). Mevent ist gleich ”NQ”, wenn kein qualifiziertes Ereignis erkannt wird, Mevent ist gleich ”QA”, wenn ein qualifiziertes Beschleunigungsereignis erkannt wird, und Mevent ist gleich ”QB”, wenn ein qualifiziertes Bremsereignis erkannt wird. Die qualifizierten Bremsereignisse entsprechen einer Fahrzeugverzögerung, wie durch das Bezugszeichen 2312 bezeichnet. Die anfängliche geschätzte Fahrzeugmasse (Vmass_est) ist mit dem Bezugszeichen 2314 bezeichnet. Die geschätzte Fahrzeugmasse (Vmass_est) konvergiert gegen die Istmasse (Mass_actual), während zusätzliche Informationen akkumuliert werden, wie durch das Bezugszeichen 2316 bezeichnet.
24 ist ein weiteres Diagramm, das die Fahrzeugmassenschätzung veranschaulicht. Obwohl die Fahrzeugmassenschätzung (Vmass_est) im Laufe der Zeit gegen die Istmasse (Mass_actual) konvergiert, während zusätzliche Informationen detektiert werden, kann sich die Fahrzeugmassenschätzung bei einem von der Istmasse entfernten Wert einpegeln, wenn ein Rauschen auf den Eingangssignalen vorhanden ist, wie durch das Bezugszeichen 2412 bezeichnet. Zum Beispiel wird bei einer oder mehreren Ausführungsformen die Fahrzeugmasse auf der Basis einer Widerstandskraft (Fdrag) geschätzt, wie oben unter Bezugnahme auf Gleichung 65 beschrieben. Die Genauigkeit der Schätzung der Widerstandskraft verringert sich unter gewissen Fahrzeugbedingungen (z. B. starker Wind). Die unter Bezugnahme auf 22 beschriebenen Grenzen verringern den Einfluss solcher Rauschbedingungen, indem sie die geschätzte Fahrzeugmasse begrenzen.
Das Fahrzeugsystem kann einen dynamischen Straßengradienten auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse schätzen, zum Beispiel unter Verwendung von Gleichung 60. Außerdem kann die geschätzte Fahrzeugmasse auch für andere Fahrzeugsysteme verwendet werden, wie etwa Bremsbetätigungs- und Bremslösungs-Erkennung (Brake Apply and Release Detection, BARD) für Mikrohybridfahrzeuge, die eine Start-Stopp-Funktionalität aufweisen.
Somit gewährleistet das Fahrzeugsystem Vorteile, indem es die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Anwendung einer Strategie der Ereignissuche schätzt. Die Masse wird unter Fahrzeugbedingungen, oder bei qualifizierten Ereignissen, geschätzt, bei denen das Signal-Rausch-Verhältnis gewisser Eingänge hoch ist. Das Fahrzeugsystem schätzt dann die Fahrzeugmasse unter Verwendung eines Algorithmus der rekursiven kleinsten Quadrate (RLS), wenn das gesuchte Ereignis eintritt. Bei Fahrzeugbedingungen, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug hält), initialisiert das Fahrzeugsystem gewisse Parameter in dem Algorithmus zur Massenschätzung neu, um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen. Das Fahrzeugsystem schätzt einen dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn) auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse. Im Allgemeinen weist die dynamische RGE, verglichen mit statischer und kinematischer RGE, Bedingungen niedrigerer Qualität auf, da an ihrer Schätzung mehr Signale beteiligt sind und das Rauschen und der Fehler in jedem Signal sich bis zum endgültigen RGE-Ausgang fortpflanzen. Für die dynamische RGE wird jedoch nicht das Längsbeschleunigungssignal benötigt, und daher hat sie einen anderen Anwendungsbereich für Signale als die statischen und die kinematischen Schätzungen. Außerdem schätzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung, wodurch es das Rauschen in RGE_dyn von der Fahrzeugmassenschätzung isoliert.
Wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, bestimmt das Fahrzeugsystem für den statischen, den kinematischen und den dynamischen RGE-Algorithmus jeweils einen Qualitätsfaktor, wobei diese Qualitätsfaktoren durch die Variablen QF_st, QF_kin bzw. QF_dyn bezeichnet werden. Das Fahrzeugsystem bestimmt außerdem einen Gesamt-RGE-Qualitätsfaktor (QF_RGE). Da die verschiedenen RGE-Algorithmen jeweils andere Eingangssignale verwenden, weisen sie unterschiedliche Anwendungsbereiche und Verfügbarkeiten auf.
Der Schätzqualitätsfaktor für den RGE-Ausgang sowie derjenige für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) entspricht einem Wert zwischen 0–3 und wird durch Variable (QF_RGE, QF_st, QF_kin und QF_dyn) repräsentiert. Der Qualitätsfaktor bewertet sowohl die Verfügbarkeit als auch die Genauigkeit der geschätzten Informationen. Der Qualitätsfaktor (QF) wird aus einem Bereich von 0–3 ausgewählt, wobei ein Qualitätswert von drei (3) eine einwandfreie Qualität bezeichnet, wobei die Schätzbedingung erfüllt ist. Ein Qualitätsfaktor von zwei (2) gibt eine beeinträchtigte Qualität an, wenn die Schätzbedingung nicht vollständig erfüllt ist, der Schätzungszustand jedoch nicht zu weit von seinem Sollwert abweicht. Ein Qualitätsfaktor von eins (1) gibt an, dass keine qualifizierte Schätzung in der Nähe der momentanen Stelle erreicht worden ist und dass der Schätzungszustand keine ausreichende Konvergenz erreicht hat, und ein Qualitätsfaktor von null gibt an, dass eine Schätzung nicht verfügbar ist.
Das Fahrzeugsystem wertet die Qualität der RGE-Eingangssignale und die Verarbeitung aus, welche in 4 mit den Bezugszeichen 414 und 412 bezeichnet sind. Die Fahrzeuglängsbeschleunigung ist ein Eingangssignal 414 und wird von einem Inertialsensor 52 gemessen (in 1 dargestellt). Das Signal wird als ein gutes Signal betrachtet, falls sein Qualitätsfaktor (QF) gleich drei (3) ist und das Signal innerhalb eines festgelegten Betriebsbereiches liegt, z. B. +/–2 g. Das Eingangssignal wird bei seinem letzten hohen Qualitätswert verriegelt, wenn seine Qualität sich verschlechtert, und es wird auf einen Standardwert zurückgesetzt, wenn die verschlechterte Qualität für länger als einen Zeitschwellenwert bestehen bleibt. Andere Eingangssignale, wie Bremsmoment, Antriebsstrangmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate usw., werden alle auf dieselbe Weise verarbeitet.
Der statische RGE-Algorithmus schätzt einen Straßengradienten auf der Basis des Längsbeschleunigungs-Eingangs (a s / x). Die statische RGE ist für Bedingungen des Fahrzeugstillstands geeignet, wie etwa die Start-Stopp-Funktionalität der Brennkraftmaschine, wenn ein Mikrohybrid auf einer Steigung angehalten wird. Das Fahrzeugsystem wertet die Qualität der statischen RGE auf der Basis der Stabilität des Messsignals des Beschleunigungssensors aus. Die Sensorstabilität wird durch den Pegel der Schwingungen und Schwankungen des Signals, verglichen mit Schwellenwerten, auf seiner gefilterten Ableitung erster Ordnung angegeben. Die höchste Qualität wird erzielt, wenn das Fahrzeug stellsteht und die Fahrzeugkarosserie so stabilisiert ist, dass der Ausgang des Beschleunigungsmesser einem konvergierten stationären Zustand nahekommt. Ein höherer Schwingungspegel verschlechtert die Schätzqualität und führt dazu, dass keine Schätzung mehr verfügbar ist, wenn die vorhergehende kinematische Schätzung nicht den Anfangswert der statischen Schätzung bei dem aktuellen Fahrzeugstopp-Ereignis festlegt. Der kinematische RGE-Algorithmus schätzt RGE auf der Basis von Eingangsgrößen, die den kinematischen Eigenschaften des Fahrzeugs entsprechen, darunter der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungen und Gierrate. Der Algorithmus verarbeitet den Eingang unter Verwendung eines Kalman-Filters. Der kinematische RGE-Algorithmus ist für normale Bedingungen der Fahrzeugbewegung geeignet (z. B. Vx > 5 km/h), da einige der zugrunde liegenden Berechnungen bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten ungenau sind. Außerdem ist ein Kalman-Filter ein dynamisches Filter, und eine gute Schätzung ist gewöhnlich nicht verfügbar, bevor der Schätzzustand konvergiert hat. Die Einschwingzeit hängt von der Differenz zwischen dem Anfangszustand und dem wahren Straßensteigungszustand ab, sowie von den Schätzbedingungen wie: Gehalt des Signals an Frequenzkomponenten und Signal-Rausch-Verhältnis. Das Fahrzeugsystem wertet die Qualität der kinematischen RGE auf der Basis einer Beurteilung der Qualität ihrer Eingangssignale, ihres Schätzzustands, des Fahrzeugzustands sowie des Zeitraums der Einpendelung der Schätzung aus.
Der dynamische RGE-Algorithmus 426 schätzt RGE auf der Basis von Eingangsgrößen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsmoment und Antriebsstrang-Abtriebsmoment) und anderen Widerstandskräften, die auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und die Straßengradientenlast), entsprechen. Im Allgemeinen weist die dynamische RGE, verglichen mit statischer und kinematischer RGE, Bedingungen niedrigerer Qualität auf, da an ihrer Schätzung mehr Signale beteiligt sind und das Rauschen und der Fehler in jedem Signal sich bis zum endgültigen RGE-Ausgang fortpflanzen. Ähnlich wie beim kinematischen Algorithmus wird die Qualität der dynamischen RGE-Schätzung ebenfalls über ihr Eingangssignal, den Schätzzustand, Fahrzeugzustände, Bedingungen der Qualifizierung (Eignung) der Schätzung und den Zeitraum der Konvergenz/des Einpendelns der Schätzung ausgewertet.
Die Signale, welche der auf dem Kalman-Filter basierenden Schätzfunktion (z. B. RGE_kin) zur Verfügung gestellt werden, lassen sich in zwei Gruppen einteilen: die primären Signale und die unterstützenden Signale. Die primären Signale werden verwendet, um die Eingänge und Ausgänge der Systemgleichung der Schätzfunktion zu berechnen. Die unterstützenden Signale werden verwendet, um Modus oder Parameter der Schätzfunktion zu justieren, so dass sie an verschiedene Fahrsituationen angepasst werden können.
Wenn irgendwelche von den primären Signalen nicht OK sind (z. B. QF < 3), beginnt dann das Ergebnis der Schätzung von dem wahren Wert abzuweichen. Das Fahrzeugsystem wertet die Auswirkung des verschlechterten Signals auf den Schätzzustand aus, indem es den Zeitraum zählt, in dem verschlechterte primäre Signale vorliegen, welcher mit der Variablen T_dgd bezeichnet wird. Das Fahrzeugsystem interpoliert außerdem einen Verschlechterungsauswirkungsfaktor C_dgi in Bezug auf T_dgd. Eine solche Interpolation kann auf vorbestimmten Daten basieren, die in einer Nachschlagtabelle gespeichert sind. Im Allgemeinen besteht das Prinzip der Bestimmung von C_dgi darin, dass die Auswirkung auf die Schätzergebnisse umso schlechter ist, je länger das Vorliegen verschlechterter primärer Signale andauert. Es wird eine Schätzqualitätsindex-Variable (q c / est) gemäß der nachfolgenden Gleichung 77 berechnet: q c / est = T_dgd·C_dgi (77)
Alternativ dazu kann ein vorkalibrierter Wert von q_est verwendet werden, und der Schätzprozess wird dann bei Vorliegen von verschlechterten primären Signalen, die der Schätzfunktion zugeführt werden, unterbrochen.
Nachdem die primären Signale alle wieder eine gute Qualität erreichen, konvergiert die Schätzung nicht sofort wieder zurück zu dem wahren Schätzziel. Den Schätzergebnissen kann erst vertraut werden, nachdem eine Konvergenzphase eingetreten ist. Um die Konvergenzphase darzustellen, wird ein Abschwächungsfaktor f_dgi eingeführt, welcher einen Wert zwischen 0 und 1 annimmt, um den Wert von q_est zu verkleinern, welcher von einem vorhergehenden Ereignis mit einem verschlechterten Signal akkumuliert worden ist, so dass gilt: q 0 / est = q 0 / est·f_dgi (78)
Diese Berechnung wird in jedem Zyklus der Steuerungsimplementierung wiederholt, um den Wert von q_est allmählich bis auf null zu verkleinern.
Zu jedem Zeitpunkt kann das Eintreten einer aktuellen Auswirkungserhöhung gleichzeitig mit der Verringerung der Auswirkung von einem vorhergehenden Ereignis erfolgen. Daher wird der endgültige Schätzqualitätsindex durch den maximalen Wert von q 0 / est und q c / est bestimmt, d. h. q_est = max(q 0 / est, q c / est).
Es wird auf 25 Bezug genommen; es ist ein Verfahren zum Schätzen der Qualität einer Kalman-Schätzfunktion, oder einer RLS-Schätzfunktion für die dynamische Masse, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 2510 bezeichnet.
Im Schritt 2512 wertet das Fahrzeugsystem ein Straßengradientenschätzungs-(RGE-)Signal aus, um zu bestimmen, ob die Schätzung verriegelt ist. Eine RGE ist verriegelt, wenn sie nicht aktualisiert wird. Die RGE kann bei ihrem letzten hohen Qualitätswert verriegelt werden, wenn sich ihre Qualität verschlechtert. Falls die Bestimmung im Schritt 2512 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2514 fort und verriegelt den Qualitätsfaktor der ausgewerteten Schätzung (QF_est) bei ihrem aktuellen Wert. Die Variable QF_est ist ein generischer Wert, der dem Qualitätsfaktor für kinematische oder dynamische Straßengradientenschätzungen entspricht. Wenn der Schätzalgorithmus eine Bedingung für eine qualifizierte Schätzung nicht erfüllt und die Schätzung verriegelt wird, wird ihre zugehörige Qualitätsbewertung ebenfalls verriegelt, bis ein nächstes Schätzereignis eintritt. Falls die Bestimmung im Schritt 2512 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2516 fort.
Im Schritt 2516 wertet das Fahrzeugsystem das Straßengradientenschätzungs-(RGE-)Signal aus, um zu bestimmen, ob die Schätzung aktiv ist. Eine RGE ist aktiv, wenn sie aktualisiert wird. Falls die Bestimmung im Schritt 2516 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2518 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, der ”keine Daten” entspricht (z. B. QF = 0). Falls die Bestimmung im Schritt 2516 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2520 fort.
Im Schritt 2520 vergleicht das Fahrzeugsystem den Qualitätsindex (q_est), dessen Bestimmung oben unter Bezugnahme auf die Gleichungen 77 und 78 beschrieben wurde, mit einem OK-Schwellenwertparameter (Q_est_ok), um zu bestimmen, ob q_est kleiner als Q_est_ok ist und keine Verschlechterung unterstützender Signale eingetreten ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2520 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2522 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, welcher ”OK” entspricht (z. B. QF = 3). Falls die Bestimmung im Schritt 2520 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2524 fort.
Im Schritt 2524 vergleicht das Fahrzeugsystem den ermittelten Qualitätsindex (q_est) mit einem FEHLER-Schwellenwertparameter (Q_est_degrade), um zu bestimmen, ob q_est größer als oder gleich Q_est_degrade ist. Falls die Bestimmung im Schritt 2524 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2524 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, welcher ”FEHLER” entspricht. Falls die Bestimmung im Schritt 2524 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2528 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, welcher ”VERSCHLECHTERT” entspricht (z. B. QF = 2). Nach den Schritten 2514, 2518, 2522, 2526 und 2528 fährt das Fahrzeugsystem mit Schritt 2530 fort und kehrt dann zu Schritt 2512 zurück. Es wird auf die 26A–26C Bezug genommen; das Fahrzeugsystem überwacht Schwankungen der kinematischen Straßengradientenschätzung (RGE_kin). Die 26A–26C enthalten 3 Diagramme von Messdaten, die über einem gemeinsamen Zeitraum aufgezeichnet wurden und allgemein mit dem Bezugszeichen 2610 bezeichnet sind. 26A zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx). 26B zeigt einen Ist-Straßengradienten (RGE_ref) zusammen mit einem geschätzten Straßengradienten (RGE_EST). RGE_EST entspricht gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einem arbitrierten Ausgang (RGE_out) von RGE_st, RGE_kin und RGE_dyn. 26C zeigt einen berechneten prozentualen Fehler zwischen RGE_EST und RGE_ref.
Für die auf einem Kalman-Filter basierende Schätzung, wie etwa diejenige, die für RGE_kin verwendet wird, wird angenommen, dass der Zustand des Straßengradienten stabil ist und in einem kurzen Zeitraum oder auf einer kurzen Strecke einem konstanten Zustand nahekommt. Diese Annahme ist im Allgemeinen zutreffend, da die meisten Straßen keine schnellen Änderungen des Straßengradienten aufweisen. Jedoch kann, wie in den 26B und 26C dargestellt, ein großer Schätzfehler an Übergängen zwischen verschiedenen Straßengradienten auftreten. Zum Beispiel ändert sich der Straßengradient von ungefähr 0% auf ungefähr 7%, wie durch das Bezugszeichen 2612 dargestellt ist. An diesem Übergang ist ein im Allgemeinen großer Schätzfehler vorhanden, wie durch das Bezugszeichen 2614 dargestellt ist.
Das Fahrzeugsystem verfügt über ein Verfahren (nicht dargestellt) zum Überwachen einer Schätzungsänderung, um die Qualität (Genauigkeit) der Schätzung auf der Basis der Änderung des Betrages des Straßengradienten zu bestimmen. Bei diesem Verfahren wird eine Ableitung des geschätzten Straßengradienten berechnet (RG .E_EST). Eine Übergangsperiode wird erkannt, wenn die Ableitung (RG .E_EST) größer als ein Schätzungsschwellenwert ist und diese Bedingung länger als eine vorbestimmte Zeitdauer erfüllt ist. Anschließend wird die Schätzqualität (QF) auf eine Stufe ”VERSCHLECHTERT” (QF = 2) verringert, falls nicht gleichzeitig noch ein anderer Verschlechterungsfaktor vorhanden ist. Eine solche Herabstufung wird annulliert, wenn sich das Ableitungssignal für eine weitere Einschwingzeit wieder auf einen niedrigen Wert einpegelt. Im Allgemeinen informiert dieses Verfahren andere Fahrzeugsysteme, welche den RGE-Ausgang verwenden, dass die Schätzung in dem Übergangszeitraum nicht völlig genau ist, wenn sich der Straßengradient innerhalb eines kurzen Zeitraums wesentlich ändert.
Wie in Spalte 6 von Tabelle A angegeben, sind die Straßengradientenschätzungen bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht verfügbar. Obwohl keine der Schätzungen bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. kleiner als 5 mph) verfügbar ist, liefert das Fahrzeugsystem während des Vorliegens solcher Bedingungen trotzdem eine genaue Straßengradientenschätzung. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch ein Sensorsignal geliefert oder aus einem solchen abgeleitet wird (z. B. Raddrehzahlsensoren oder GPS), nicht genau. Das Fahrzeugsystem stoppt bei solchen Geschwindigkeiten die Schätzung, um zu vermeiden, dass sich diese Ungenauigkeit in der Straßengradientenschätzung (z. B. RGEkin und RGEdyn) fortpflanzt, und verriegelt den Zustand der Schätzfunktion bei ihrem letzten qualifizierten Schätzergebnis.
Ein Fahrzeug kann eine längere Strecke mit sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten zurücklegen. Daher kann sich der Ist-Straßengradient ändern, nachdem die RGE gestoppt wurde. Unter solchen Bedingungen verringert sich dann die Genauigkeit des verriegelten RGE-Ausgangs. Daher stuft das Fahrzeugsystem die zugehörige Schätzqualität dementsprechend herab. Das Fahrzeugsystem definiert zwei Fahrzeuggeschwindigkeits-Schwellenwerte (V_stp und V_exit), welche einen Fahrzeugstoppgeschwindigkeits-Schwellenwert bzw. einen Fahrzeugaustrittsgeschwindigkeits-Schwellenwert darstellen, wobei V_stp größer als V_exit ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) kleiner als V_stp ist, blockiert oder stoppt das Fahrzeugsystem (unter Verwendung eines auf einem Kalman-Filter (oder einem die Methode der kleinsten Quadrate anwendenden Filter) basierenden Algorithmus) die Schätzung, indem es sämtliche Schätzzustände verriegelt. Nachdem jedoch die Daten zum Zeitpunkt des Abbruchs der Schätzung aufgezeichnet wurden, wird der Schätzalgorithmus fortgesetzt, bevor sich die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) weiter bis auf V_exit verringert oder bevor sich Vx über V_stp hinaus erhöht. Wenn in dem Geschwindigkeitsbereich V_exit < V_x < V_stp operiert wird, fährt der neue Schätzungsausgang (RGE_out) fort, den verriegelten Schätzungsausgang zu vergleichen. Falls die Differenz zwischen aktuellem RGE-Zustand und der verriegelten RGE größer als ein erster Differenzschwellenwert ist, wird die Schätzqualität auf ein niedrigeres Niveau herabgestuft, welches angibt, dass der Schätzungsausgang in dieser neuen Situation möglicherweise nicht genügend genau ist. Falls jedoch die Differenz zwischen ihnen größer als ein zweiter Differenzschwellenwert ist, wird die Schätzqualität auf ein Niveau ”keine Daten” (z. B. QF = 0) herabgestuft, welches angibt, dass das Schätzergebnis nicht verwendet werden kann. Nachdem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) weiter bis unter V_exit verringert, wird die Schätzung vollständig gestoppt, und es wird keine Schätzungsaktivität mehr ausgeführt. Sobald sich die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs) bis über den Schwellenwert V_stp erhöht, werden die verriegelten und aufgezeichneten Schätzungszustände wieder zurück in den Schätzalgorithmus geladen, um wieder die normale Schätzungsfunktion auszuführen.
Das Fahrzeugsystem stoppt bei einer oder mehreren Ausführungsformen die Straßengradienten-Schätzfunktion, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) kleiner als V_exit ist, da eine Schätzung unter solchen Bedingungen nicht genau wäre. V_exit kann als eine ”Kriechgeschwindigkeit” bezeichnet werden. Das Fahrzeug kann jedoch weiter mit einer solchen Kriechgeschwindigkeit fahren.
Es wird auf die 27A–27G Bezug genommen; die kinematische oder dynamische Straßengradienten-Schätzfunktion ist verfügbar, nachdem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit über ein höheres Geschwindigkeitsniveau hinaus erhöht, und die statische RGE-Schätzfunktion kann die Verantwortung übernehmen, nachdem das Fahrzeug vollständig angehalten hat. 27A–27G enthalten 7 Diagramme von Messdaten, die über ein und demselben Zeitraum erfasst wurden und allgemein mit dem Bezugszeichen 2710 bezeichnet sind. 27B zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx); 27E zeigt den statischen Qualitätsfaktor (QF_st); 27F zeigt den kinematischen Qualitätsfaktor (QF_kin); und 27G zeigt den Qualitätsfaktor der arbitrierten Straßengradientenschätzung (QF_RGE). Die statische RGE ist verfügbar, wenn das Fahrzeug angehalten hat. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit null ist mit dem Bezugszeichen 2712 bezeichnet, und eine entsprechende RGE_st von hoher Qualität ist mit dem Bezugszeichen 2714 bezeichnet. Zusätzlich ist die kinematische RGE verfügbar, wenn sich das Fahrzeug in einer normalen Bewegung bewegt, wie mit dem Bezugszeichen 2716 bezeichnet ist, und eine entsprechende RGE_kin von hoher Qualität ist mit dem Bezugszeichen 2718 bezeichnet. Die arbitrierte RGE kombiniert RGE_st und RGE_kin, um einen Ausgang hoher Qualität für die meisten Fahrzeugbedingungen bereitzustellen, wie mit dem Bezugszeichen 2720 bezeichnet ist. Bei gewissen sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, die mit dem Bezugszeichen 2722 bezeichnet sind, ist jedoch möglicherweise keine RGE von hoher Qualität verfügbar, wie allgemein mit dem Bezugszeichen 2724 bezeichnet ist.
Jedoch ist in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und V_exit möglicherweise kein RGE-Algorithmus verfügbar. Daher kann die Änderung des Straßengradienten, während sich das Fahrzeug mit einer solchen niedrigen Geschwindigkeit bewegt, nicht erkannt und geschätzt werden. Um die Robustheit der RGE beim Melden von Straßengradienten-Informationen sicherzustellen, enthält das Fahrzeugsystem eine konservative Gegenmaßnahme, um zu vermeiden, dass eine Straßengradientenschätzung verwendet wird, ohne dass Informationen im Hinblick auf die Qualität der RGE zur Verfügung gestellt werden.
Das Fahrzeugsystem enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ein Verfahren (nicht dargestellt) zum Überwachen der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) bei einem Kriechereignis. Ein Kriechereignis tritt ein, wenn Vx kleiner als v_exit ist (z. B. kleiner als 5 km/h) und die aktuelle Qualitätsbewertung der Schätzfunktion ”OK” ist (z. B. QF = 3). Das Fahrzeugsystem berechnet eine Kriechentfernung (Dc), indem es die Fahrzeuggeschwindigkeit integriert. Das Fahrzeugsystem stuft den Qualitätsfaktor auf ”verschlechtert” (QF = 2) herab, wenn Dc größer als ein erster Entfernungsschwellenwert ist. Das Fahrzeugsystem stuft den Qualitätsfaktor auf ”keine Daten” (QF = 0) herab, wenn Dc größer als ein zweiter Entfernungsschwellenwert ist. Das Fahrzeugsystem setzt die Kriechentfernung (Dc) auf null zurück, wenn irgendeine RGE-Schätzfunktion beginnt, einen qualifizierten Ausgang zu liefern. Währenddessen wird die Qualität der RGE arbitriert, so dass das Ergebnis der Qualitätsbewertung der aktuellen aktiven Schätzfunktion die Qualitätsbewertung bei dem Kriechereignis ersetzt. Das Fahrzeugsystem startet die Berechnung der Kriechentfernung neu, wenn die Qualitätsbewertung (QF) in dem Geschwindigkeitsbereich (v_exit < Vx < v_stp) herabgestuft wird. Außerdem startet das Fahrzeugsystem die Berechnung von Dc neu, wenn das Ergebnis der fortgesetzten Schätzung von dem Ergebnis der verriegelten Schätzung um mehr als einen gewissen Schwellenwert abweicht, selbst wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als V_exit ist.
Somit bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es die Qualität von Eingangssignalen, Straßengradientenschätzungen und Massenschätzungen bewertet und Qualitätsfaktoren bereitstellt, die den einzelnen Eingängen und Schätzungen zugeordnet sind. Das Fahrzeugsystem arbitriert oder wählt eine Schätzung zum Teil auf der Basis der Qualitätsfaktoren. Das Fahrzeugsystem stellt dann eine Straßengradientenschätzung und eine Fahrzeugmassenschätzung mit einem entsprechenden Qualitätsfaktor auf der Basis der gewählten Schätzung bereit. Andere Fahrzeugsysteme können die Straßengradienten- und die Fahrzeugmassenschätzung auf andere Weise verwenden, in Abhängigkeit von den zugeordneten Qualitätsfaktoren.
Wie durch die oben beschriebenen Ausführungsformen aufgezeigt wurde, bieten das Fahrzeug, das Fahrzeugsystem und das Verfahren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, indem eine Straßengradientenschätzung aus einer Anzahl von verschiedenen Schätzungen (statisch, kinematisch und dynamisch) arbitriert oder ausgewählt wird. Durch Arbitrieren zwischen diesen verschiedenen Schätzungen stellt das Fahrzeugsystem eine Straßengradientenschätzung über einem weiten Bereich von Fahrzeugbedingungen bereit. Das Fahrzeugsystem bietet außerdem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es den statischen Straßengradienten unter Verwendung von dynamischer Filterung der Längsbeschleunigung schätzt, und indem es eine andere Schätzung für den Anfangswert verwendet, was die Verzögerung verkürzt, bis ein statischer Straßengradienten-Schätzwert von ausreichender Qualität bereitgestellt werden kann. Das Fahrzeugsystem bietet außerdem Vorteile gegenüber den existierenden Verfahren, indem es den kinematischen Straßengradienten unter Verwendung eines EKF schätzt, wodurch eine Filterstrategie vom Integraltyp bereitgestellt wird. Eine solche integrierende Strategie verstärkt nicht das Rauschen auf den Signalen und gewährleistet daher eine verbesserte Schätzgenauigkeit mit einer relativ schnellen Konvergenz. Das Fahrzeugsystem bietet außerdem Vorteile gegenüber den existierenden Verfahren, indem es einen kinematischen Straßengradienten unter Verwendung eines eingangskompensierten Beschleunigungs-Versatzes schätzt, um die Genauigkeit zu verbessern und Unsicherheiten und Offsets zu beseitigen, die durch die Querdynamik des Fahrzeugs und ihre Kopplungseffekte verursacht werden. Das Fahrzeugsystem bietet Vorteile, indem es die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Anwendung einer Strategie der Ereignissuche schätzt. Das Fahrzeugsystem initialisiert gewisse Parameter in dem Algorithmus zur Massenschätzung unter Fahrzeugbedingungen, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug hält), neu, um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen. Das Fahrzeugsystem schätzt einen dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn) auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse. Das Fahrzeugsystem bietet außerdem Vorteile gegenüber existierenden Systemen, indem es die Qualität von Eingangssignalen, Straßengradientenschätzungen und Massenschätzungen bewertet und Qualitätsfaktoren bereitstellt, die den einzelnen Eingängen und Schätzungen zugeordnet sind. Das Fahrzeugsystem arbitriert oder wählt eine Schätzung zum Teil auf der Basis der Qualitätsfaktoren. Das Fahrzeugsystem stellt dann eine Straßengradientenschätzung und eine Fahrzeugmassenschätzung mit einem entsprechenden Qualitätsfaktor auf der Basis der gewählten Schätzung bereit. Andere Fahrzeugsysteme können die Straßengradienten- und die Fahrzeugmassenschätzung auf andere Weise verwenden, in Abhängigkeit von den zugeordneten Qualitätsfaktoren.
Obwohl die beste Ausführungsart ausführlich beschrieben worden ist, werden Fachleute auf diesem Gebiet verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der nachfolgenden Ansprüche erkennen. Weiterhin können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen, welche die Erfindung implementieren, kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen möglicherweise als Vorteile bereitstellend oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, ist für Fachleute auf diesem Gebiet klar, dass eventuell ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften beeinträchtigt werden, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Zu diesen Attribute können unter anderem gehören: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, leichte Montage usw. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die als weniger erwünscht als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen erwünscht sein. Weiterhin können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen, welche die Erfindung implementieren, kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Bezugszeichenliste
Fig. 6

N:: Nein
612: – STATUS_st = Wahr
614: – Ist READY_st = Wahr?
616: – Ist QF_st = 3?
620: – STATUS_kin = Wahr?
622: – READY_kin = Wahr?
624: – Ist QF_kin = 3?
632: – Ist QF_RGE = 3?
634: – Kein RGE Update
636: – Ist STATUS_dyn Wahr und READY_dyn Wahr?
638: – Ist QF_tmp >= 2?
648: – Ist STATUS_dyn Wahr und READY_dyn Wahr?
642: – Ist min(QF_tmp, QF_dyn) >= 2?
644: – Ist QF_tmp > QF_dyn?
650: – Ist QF_dyn >= 2?
652: – Kein RGE Update
654: – Nächster

812: – Ist Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als Schwellenwert für niedrige Geschwindigkeit und Qualität des Beschleunigungsmessersignals OK?
814: – Gibt CON_st_Ax ”stabil” an?
816: – Timer und Flags zurücksetzen: Stable_Timer = 0 Converging_Timer = 0 Nonstable_Timer = 0 CON_st_Ax = Nicht stabil Grade_Found = FALSCH
818: – Ableitung erster Ordnung des Beschleunigungsmessersignals mit Tiefpassfilter LPF (a . s / x ) berechnen
820: – Ist (a . s / x ) kleiner als der Konvergenzschwellenwert?
822: – Nonstable_Timer zählt mit Zykluszeit Dt hoch;
824: – Ist Nonstable_Timer größer als Zeitschwellenwert ”Nicht stabil”?
826: – Converging_Timer = 0; Stable_Timer = 0; CON_st_Ax = Nicht_stabil
828: – Ist (a . s / x ) kleiner als der Stabilisierungsschwellenwert?
830: – Converging_Timer zählt mit Zykluszeit Dt hoch;
832: – Ist Converging_Timer größer als Konvergenzzeitschwellenwert?
834: – Nonstable_Timer = 0 Stable_Timer = 0 CON_st_Ax = Einigermaßen stabil; Grade_Found = WAHR
836: – Stable_Timer zählt mit Zykluszeit Dt hoch;
838: – Ist Stable_Timer größer als Stabilisierungszeitschwellenwert?
840: – Nonstable_Timer = 0 Converging_Timer = 0; CON_st_Ax = Stabil; Grade_Found = WAHR
Next: = Nächster
N:: Nein

912: – Static_est_lock = Entriegelt
914: – Ist die statische Schätzung verriegelt? (static_lock = Verriegelt?)
916: – Ist Static_lock = Quarantäne?
918: – Ist Gradient_gefunden = Wahr?
920: – CON_st_Ax = Stabil?
922: – Static_est_lock = static_est Static_est_lock = Verriegelt
926: – Ist Gradient_gefunden = Wahr?
928: – CON_st_Ax = Instabil?
930: – Static_est_lock = Quarantäne
932: – Ist Gradient_gefunden = Wahr?
934: – CON_st_Ax = Stabil?
936: – Static_est_output = static_est Static_est_lock = Entriegelt
938: – Nächster

1212: – Schätzfunktions-Parameterwerte initialisieren
1214: – Ist Schätzfunktionsstatus ”EIN”?
1216: – Ist Vx >= vspd_entry?
1218: – Ist Vx < vspd_exit?
1220: – Schätzstatus auf ”PAUSE” setzen
1222: – Ist Vx < vspd_stand?
1224: – Schätzstatus auf ”AUS” setzen
1226: – Kompensierten Schätzfunktionseingang u_k berechnen
1228: – Neuen Systemausgang Y_k gewinnen
1230: – Zustand des Kalman-Filters auf der Basis eines Ausgangsvorhersagefehlers aktualisieren
1232: – Parameterwerte des Kalman-Filters aktualisieren
1234: – Nächsten dynamischen Systemausgang Y_k vorhersagen
1236: – RGE_kin ≈ α ^_xbereitstellen
1238: – Ist Vx >= vspd_entry?
1240: – Schätzstatus auf ”EIN” setzen
1242: – Nächstes
N:: Nein

1412: – Fährt das Fahrzeug in stationärer Situation (SSD_Flag = 2?)
1414: – Ist die indizierte Querdynamik kleiner als ein Schwellenwert des stationären Zustands? (ILD < SST?)
1416: – Timer des stationären Zustands zurücksetzen, Tss = 0;
1418: – Timer des stationären Zustands hochzählen, Tss = Tss + ts;
1420: – Ist das Fahrzeug länger im stationären Zustand, als Einschwingzeitschwellenwert (Tss >= tss_settle?)
1422: – Timer der dynamischen Fahrt zurücksetzen, Tdd = 0;
1424: – Fahrzeugfahrsituation auf stationären Zustand setzen: SSD_Flag = 1;
1426: – Ist die indizierte Querdynamik größer als der Schwellenwert der dynamischen Handhabung (ILD > DHT?)
1428: – Timer der dynamischen Fahrt zurücksetzen, Tdd = 0;
1430: – Timer der dynamischen Fahrt hochzählen, Tdd = Tdd + ts;
1432: – Ist das Fahrzeug länger in dynamischer Fahrt, als ein Erregungszeitschwellenwert? (Tdd >= tdd_excite?)
1434: – Timer des stationären Zustands zurücksetzen, Tss = 0;
1436: – Fahrzeugfahrsituation auf dynamisches Fahren setzen: SSD_Flag = 2;
1438: – Nächster
N:: Nein

1512: – Fährt das Fahrzeug gerade in einer dynamischen Situation?
1514: – Vy durch Integration abschätzen
1516: – Vy-Ausgabe aktualisieren
1518: – Vy aus r ableiten
1520: – Weiter

1612: – Fährt das Fahrzeug in dynamischer Situation?
1614: – Karosserierollwinkel unter Verwendung der lateralen Beschleunigung berechnen
1616: – Karosserierollwinkelausgabe aktualisieren
1618: – Karosserierollwinkel unter Verwendung der Giergeschwindigkeit berechnen
1620: – Weiter

2012: – Ist Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Fahrzeuganhaltegeschwindigkeits-Schwellenwert?
2014: – Fahrzeugstopp-Timer zählt hoch: (Tmr_stand + 1)
2016: – Fahrzeugabfahr-Timer zurücksetzen: (Tmr_drive = 0)
2018: – Ist ausreichende Anzahl von qualifizierten Schätzereignissen akkumuliert, so dass: Cntr_EstTot > C_QuaEstEvnt?
2024: – Grenzen für RLS-Parameter und Massenschätzung auf ihre ursprünglichen Werte zurücksetzen
2028: – Ist Fahrzeuggeschwindigkeit höher als Fahrzeugabfahrgeschwindigkeits-Schwellenwert?
2030: – Fahrzeugabfahr-Timer zählt hoch: (Tmr_drive + 1)
2034: – Fahrzeugstopp-Timer zurücksetzen: Tmr_stand = 0;
2036: – Nächster

Claims

Fahrzeug, welches aufweist: eine Steuereinrichtung, die dafür ausgebildet ist, einen Ausgang, der für einen Straßengradienten indikativ ist, auf der Basis mindestens einer von einer ersten Schätzung, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist und ein Eingang, der für eine Längsbeschleunigung indikativ ist, verfügbar ist, einer zweiten Schätzung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert ist und die Längsbeschleunigung verfügbar ist, und einer dritten Schätzung, wenn die Längsbeschleunigung nicht verfügbar ist, zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Straßengradient unabhängig von einem Fahrzeugnickwinkel ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: einen Inertialsensor zum Bereitstellen eines Signals, das für die Längsbeschleunigung indikativ ist; wobei die erste Schätzung eine statische Straßengradientenschätzung auf der Basis der Längsbeschleunigung beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite Schätzung eine kinematische Straßengradientenschätzung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Längsbeschleunigung beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die dritte Schätzung eine dynamische Straßengradientenschätzung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Raddrehmoment und/oder eine Radkraft beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung ferner dafür ausgebildet ist: den für den Straßengradienten indikativen Ausgang zu erzeugen, der einer Schätzung mit einem Schätzungsausgang entspricht, welcher innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums aktualisiert worden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei jede Schätzung ferner einen Schätzqualitätsfaktor aufweist, wobei der Schätzqualitätsfaktor für eine Verfügbarkeit und Genauigkeit einer entsprechenden Schätzung indikativ ist; wobei die Steuereinrichtung ferner dafür ausgebildet ist, die Schätzung zum Teil auf der Basis des Schätzqualitätsfaktors zu wählen.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung ferner dafür ausgebildet ist: die erste Schätzung zu wählen, wenn ein erster Schätzqualitätsfaktor gleich einem dritten Schätzqualitätsfaktor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung ferner dafür ausgebildet ist: die zweite Schätzung zu wählen, wenn ein zweiter Schätzqualitätsfaktor gleich einem dritten Schätzqualitätsfaktor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung ferner dafür ausgebildet ist: einen für einen Straßengradienten-Qualitätsfaktor indikativen Ausgang auf der Basis des Schätzqualitätsfaktors einer gewählten Schätzung zu erzeugen.