DE102013216671A1

DE102013216671A1 - Statische strassengradientenschätzung

Info

Publication number: DE102013216671A1
Application number: DE102013216671.0A
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: 2014-03-06
Also published as: CN103661352B; US20140067240A1; US9517774B2; CN103661352A

Abstract

Es werden ein Fahrzeug und ein Fahrzeugsystem mit einem Controller bereitgestellt, der zum Erzeugen einer Ausgabe ausgelegt ist, die auf eine statische Strßengradientenschätzung basierend auf einer gefilterten Längsbeschleunigung hinweist. Die gefilterte Längsbeschleunigung ist von einer Ableitung einer Längsbeschleunigung abhängig. Ein Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung entspricht einer kinematischen Straßengradientenschätzung und/oder einer dynamischen Straßengradientenschätzung.

Description

Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren zur Abschätzung des Straßengradienten und Fahrzeugmasse. Straßensteigung und Fahrzeugmasse sind zwei Parameter, die eine Reihe von Fahrzeugkontrollfunktionen beeinflussen. Solche Funktionen umfassen Triebstrangkontrolle, Energiemanagementkontrolle, Antriebskontrolle, Bremskontrolle und Stabilitätskontrolle. Zum Beispiel enthalten herkömmliche Fahrzeuge einen Verbrennungsmotor, der ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt. Der Motor stellt ein Drehmoment durch die Übertragung auf die Antriebsräder zur Verfügung, selbst wenn der Motor im Leerlauf ist. Solch ein Drehmoment wird als Kriechdrehmoment bezeichnet. Wenn ein Fahrzeug auf einer geneigten Fläche angehalten wird, ergänzt das Kriechdrehmoment das Drehmoment, welches von einem Bremssystem (Bremsdrehmoment) angewendet wird, um das Fahrzeug in einer stationären Position zu halten. Wenn der Motor ausgeschaltet wäre, während das Fahrzeug auf der schiefen Ebene angehalten wurde, würde das Kriechdrehmoment des Motors beseitigt, und es würde zusätzliches Bremsdrehmoment benötigt, um die Fahrzeugposition beizubehalten und das Fahrzeug am Rückwärtsrollen zu hindern. Die Größe des zusätzlichen Bremsdrehmoments, welches benötigt wird, beruht auf der Straßensteigung und Fahrzeugmasse.
Ein Mikrohybridfahrzeug kann eine Stopp/Startstrategie zum Starten und Stoppen des Fahrzeugmotors während eines Fahrereignisses ermöglichen. Der Motor wird ausgeschaltet, wenn keine Energie benötigt wird (z. B. beim Warten an einer Ampel). Sobald Energie benötigt wird, wird der Motor automatisch neu gestartet. Durch das Vermeiden eines unnötigen Leerlaufens des Motors wird die Kraftstoffökonomie verbessert. Ein Mikrohybrid, das eine Start/Stoppfunktionalität besitzt, kann den Bremsdruck zum Beibehalten der Fahrzeugposition einstellen, wenn der Motor ausgeschaltet ist, während das Fahrzeug auf einer schiefen Ebene angehalten wird. Solch ein Mikrohybrid schätzt die Straßensteigung und Fahrzeugmasse ab und stellt den Bremsdruck auf der Basis dieser Schätzwerte ein.
In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einem Controller bereitgestellt, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgabe zu erzeugen, die auf eine statische Straßengradientenschätzung basierend auf einer gefilterten Längsbeschleunigung hinweist. Die gefilterte Längsbeschleunigung ist von einer Ableitung einer Längsbeschleunigung abhängig. Ein Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung entspricht einer kinematischen Straßengradientenschätzung und/oder einer dynamischen Straßengradientenschätzung.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem mit einem Controller bereitgestellt, der dazu ausgelegt ist, eine Lateralbeschleunigung auf Basis einer Ableitung der Lateralbeschleunigung entsprechend einem Längsruck zu filtern. Ferner ist der Controller dazu ausgelegt, eine eine statische Straßengradientenschätzung anzeigende Ausgabe basierend auf der gefilterten Längsbeschleunigung zu erzeugen und eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe basierend auf dem Längsruck zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Abschätzen eines statischen Straßengradienten bereitgestellt. Eine Längsbeschleunigung wird basierend auf einer Ableitung der Längsbeschleunigung gefiltert. Eine eine statische Straßengradientenschätzung anzeigende Ausgabe wird basierend auf der gefilterten Lateralbeschleunigung erzeugt. Eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe wird basierend auf der Ableitung der Längsbeschleunigung erzeugt.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber bestehenden Systemen durch Schätzung eines statischen Straßengradienten unter Verwendung kinematischer Gleichungen und dynamischer Filterung der Längsbeschleunigung. Des Weiteren stellt das Fahrzeugsystem einen Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung gleich einem durch eine kinematische oder dynamische Straßengradientenschätzung bereitgestellten Straßengradienten ein. Durch dynamisches Filtern der Längsbeschleunigung und durch Verwenden einer anderen Schätzung des Anfangswertes reduziert das Fahrzeugsystem die Zeitverzögerung, bevor ein geschätzter qualitativ hochwerter statischer Straßengradientenwert bereitgestellt werden kann, der wiederum ermöglicht, dass der Motor in einer Start-Stopp-Anwendung früher ausgeschaltet werden kann, was zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie führt.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs, das ein Fahrzeugsystem zum Abschätzen des Straßengradienten und der Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen hat.
2 ist eine Seitenwand des Fahrzeugs von 1, das auf einer Straße dargestellt ist, welche mit einem Gradienten geneigt ist.
3 ist eine Unteransicht des Fahrzeugs von 1.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Vermitteln der Straßengradientenschätzung, wie vom Fahrzeugsystem von 1 ausgeführt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
5A–5E sind Zeitdarstellungen, die die Straßengradientenschätzungen illustrieren, gesteuert nach dem Verfahren von 4.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Vermitteln von Straßengradientenschätzungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
7 ist eine Zeitdarstellung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung illustriert.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen des Konvergenzstatus von Beschleunigungsmessern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verriegeln der statischen Straßengradientenausgabe gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
10A–10C sind Zeitdarstellungen, die Fahrzeuggeschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Straßengradientenschätzungen illustrieren, wie durch das Verfahren von 9 gesteuert.
11 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren zur kinematischen Straßengradientenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen des Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
13A–13D sind Zeitdarstellungen, die Fahrzeuggeschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Straßengradientenschätzungen illustrieren, wie durch das Verfahren von 12 gesteuert.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrzeugführungssituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Fahrzeuglateralgeschwindigkeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen eines Karosseriewankwinkels gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
17 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Auswählen von Federungsparametern gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
18 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren zur Fahrzeugmassenabschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Rücksetzen von Parametern der Fahrzeugmassenabschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aktualisieren von Parametern der Fahrzeugmassenabschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
22 ist ein Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenabschätzungen illustriert.
23 ist ein weiteres Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenabschätzungen illustriert.
24 ist noch ein weiteres Zeitdiagramm, das Fahrzeugmassenabschätzungen illustriert.
25 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen der Qualität eines Schätzers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert.
26A–26C sind Zeitdarstellungen, die Fahrzeuggeschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Straßengradientenschätzungen illustrieren, wie durch das Verfahren von 25 reguliert.
27A–27G sind Zeitdarstellungen, die Fahrzeuggeschwindigkeit und Qualitätsfaktoren illustrieren, wie durch das Verfahren von 25 reguliert.
Wie erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um die Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher dürfen spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart werden, nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Unterrichtung von Fachleuten für die verschiedenartigen Einsätze der vorliegenden Erfindung.
Mit Verweis auf 1 wird ein Fahrzeugsystem zum Abschätzen des Straßengradienten und der Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen mit der Zahl 10 verwiesen. Das Fahrzeugsystem 10 wird in einem Fahrzeug 12 dargestellt. Das Fahrzeugsystem 10 umfasst einen Controller, wie zum Beispiel ein Motorsteuerungsmodul (ECM) 14, einen Verbrennungsmotor (ICE) 16 und einen Fahrzeugsystemcontroller (VSC) 18, die miteinander in Verbindung stehen. Der VSC 18 empfängt Eingaben, die der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Beschleunigung (a), Giergeschwindigkeit (r) und Drehmoment (T_pwt, T_brk) entsprechen, liefert dann eine Ausgabe, die einer Straßengradientenschätzung (RGE) und geschätzten Fahrzeugmasse (Mv) entspricht, als Reaktion auf die Eingaben.
Die illustrierte Ausführungsform stellt das Fahrzeug 12 als Mikrohybridfahrzeug dar, das ein Fahrzeug ist, welches durch den Motor 16 angetrieben wird, und der Motor 16 wird wiederholt gestartet und gestoppt, um Kraftstoff zu sparen. Ein verstärkter Startermotor 20 ist mit einer Motorkurbelwelle verbunden. Der Startermotor 20 erhält elektrische Energie und liefert ein Ausgangsdrehmoment an die Kurbelwelle zum Starten des Motors 16. Obwohl im Kontext eines Mikrohybridfahrzeugs 12 illustriert und beschrieben, versteht es sich, dass Ausführungsformen des Fahrzeugsystems 10 in anderen Arten von Fahrzeugen implementiert werden können, wie zum Beispiel herkömmliche Antriebsfahrzeuge, ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV), das von einem Elektromotor ohne Unterstützung durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, und ein hybrides Elektrofahrzeug (HEV), das von einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Getriebe 22 zum Einstellen des Ausgangsdrehmomentes des Verbrennungsmotors 16. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 16 wird durch das Getriebe 22 auf ein Differential 24 durch eine Getriebeausgangswelle 26 übertragen. Die Achsenhalbwellen 28 erstrecken sich vom Differential 24 bis zu einem Paar von angetriebenen Rädern 30, um für das Antriebsdrehmoment zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs 12 zu sorgen. Das Fahrzeug 12 umfasst einen Gangschalthebel 32 zur manuellen Wahl eines Getriebes. Der Gangschalthebel 32 umfasst einen Sensor (nicht dargestellt) zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das einem ausgewählten Getriebe entspricht (z. B. PRNDL). Ein Getriebesteuermodul (TCM) 34 kommuniziert mit dem Gangschalthebel 32 und dem Getriebe 22 zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses auf der Basis der Gangschalthebelwahl. Alternativ kann der Gangschalthebel 32 mechanisch mit dem Getriebe 22 zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses verbunden sein.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Bremssystem, welches ein Bremspedal 36 und einen Bremskraftverstärker und einen Hauptzylinder enthält, die im Allgemeinen als Bremsaktivierungsblock 38 in 1 bezeichnet werden. Das Bremssystem umfasst auch ein ABS-Bremskontrollmodul 40, das mit den Radbremsgruppen 42 und dem Bremsaktivierungsblock 38 durch eine Reihe von Hydraulikleitungen 44 verbunden ist, um die Reibungsbremsung zu bewirken. Die Radbremsgruppen 42 sind an jedem Rad 30 orientiert und können als Zangen- oder Trommelbremsgruppen ausgelegt sein. Jede Radbremsgruppe 42 umfasst einen Sensor (nicht dargestellt), der ein Radgeschwindigkeitssignal (w_s) liefert. In einer oder mehreren Ausführungsformen liefert das ABS-Bremskontrollmodul 40 ein berechnetes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (Vx) an den VSC 18 auf der Basis der Radgeschwindigkeitssignale.
Das Bremssystem umfasst auch Sensoren zum Bereitstellen von Informationen, die den aktuellen Bremsmerkmalen entsprechen. Das Bremssystem umfasst einen Positionsschalter zum Bereitstellen eines Bremspedalzustandssignals (S_bp), das einer Bremspedalposition entspricht (z. B. betätigt oder losgelassen). In anderen Ausführungsformen umfasst das Bremssystem einen Positionssensor (nicht dargestellt) zum Messen der Pedalposition. Das Bremssystem umfasst auch einen oder mehrere Drucksensoren zum Bereitstellen eines Bremsdruck(P_brk)-Signals, das einem tatsächlichen Bremsdruckwert innerhalb des Bremssystems entspricht (z. B. Bremsleitungsdruck, Hauptzylinderdruck oder Druck an den Radgruppen).
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Gaspedal 48 mit einem Positionssensor zum Bereitstellen eines Gaspedalposition(APP)-Signals, das einem Wunsch des Fahrers nach Vortrieb entspricht. Das ECM 14 steuert die Drossel des Verbrennungsmotors 16 auf der Basis des APP-Signals.
Das Fahrzeug 12 umfasst eine Energiespeichervorrichtung, wie zum Beispiel eine Batterie 50. Die Batterie 50 liefert elektrische Energie an die Fahrzeug-Controller und den Startermotor 20, wie allgemein durch Strichlinien in 1 angezeigt. Das Fahrzeug 12 kann eine einzige Batterie 50 umfassen, wie zum Beispiel eine herkömmliche Niederspannungsbatterie, oder mehrere Batterien, einschließlich einer Hochspannungsbatterie. Außerdem kann das Fahrzeug 12 andere Arten von Energiespeichervorrichtungen umfassen, wie zum Beispiel Kondensatoren oder Brennstoffzellen.
Das Fahrzeug 12 umfasst auch einen oder mehrere Inertialsensoren 52, die eine Ausgabe liefern, welche der Fahrzeugbeschleunigung (a) entspricht. In einer Ausführungsform liefert der Inertialsensor 52 eine Ausgabe, die der Längsbeschleunigung entspricht. In einer weiteren Ausführungsform liefern die Inertialsensoren 52 eine Ausgabe, die der Längsbeschleunigung, Seitenbeschleunigung und Vertikalbeschleunigung entspricht, auf die alle im Allgemeinen mit der Variablen ”a” in 1 verwiesen wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen liefern die Inertialsensoren 52 auch eine Ausgabe (r), die einer Giergeschwindigkeit entspricht. In anderen Ausführungsformen ist der Sensor 52 ein Neigungsmesser (nicht dargestellt), der eine Ausgabe liefert, welche einem Straßengradienten, kombiniert mit einem Fahrzeugnickwinkel, entspricht.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein Navigationssystem 54 zum Aufnehmen von Zielinformationen von einem Fahrer. Das Navigationssystem 54 kommuniziert auch mit mehreren Systemen/Netzen, die außerhalb des Fahrzeugs liegen. Zum Beispiel kann das Navigationssystem 54 Transceiver zur Kommunikation mit Satelliten (z. B. GPS) und Computern (über Funknetze, hart verdrahtete Verbindungen oder Hochfrequenz(HF)-Wellen) (nicht dargestellt) umfassen. Solche Netze werden detailliert in der US-Patentanmeldung 12/744,092 für Pleet et al. beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das Navigationssystem 54 bestimmt eine Entfernung zwischen einem gegenwärtigen Standort des Fahrzeugs 12 und dem Ziel, das vom Fahrer gewählt wird, und liefert diese Entfernung, zusammen mit Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Anstiegsinformationen, die mit dem Fahrzeug 12, seinen Zielorten oder anderen relevanten GPS-Wegpunkten, an den VSC 18.
Der VSC 18 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen, Sensoren und Controllern zum Koordinieren ihrer Funktion. Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, empfängt der VSC 18 mehrere Eingangssignale (z. B. S_bp, P_brk, Motordrehzahl (Ne), Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), Antriebsdrehmoment (T_pt), Bremsdrehmoment (T_br), a, und r) von verschiedenen Fahrzeugsensoren und -controllern. Obwohl als einzelner Controller gezeigt, kann der VSC 18 mehrere Controller umfassen, die zum Steuern mehrerer Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamt-Fahrzeugkontrolllogik oder -Software verwendet werden können. Die Fahrzeugcontroller, einschließlich des VSC 18, umfassen im Allgemeinen eine beliebige Zahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode zum Zusammenwirken miteinander, um eine Reihe von Operationen auszuführen. Die Controller umfassen auch vorgegebene Daten oder Wertetabellen, die aus Berechnungen und Testdaten beruhen und im Speicher gespeichert sind. Der VSC 18 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Controllern (z. B. ECM 14, TCM 34 usw.) über eine oder mehrere verdrahtete oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung üblicher Busprotokolle (z. B. CAN und LIN).
Mit Verweis auf die 2 und 3 wird das Fahrzeug 12 mit einer Anzahl von Kräften, Beschleunigungen und Momenten illustriert, die darauf wirken. Das Fahrzeug 12 wird mit Verweis auf ein Koordinatensystem gezeigt, das um einen Schwerpunkt des Fahrzeugs (CG) zentriert ist. Das Koordinatensystem umfasst eine Längsachse (x), eine Seitenachse (y) und eine Vertikalachse (z). Mit Bezug auf 2 ist das Fahrzeug 12 auf einer geneigten Fläche positioniert. Die Fläche hat einen Gradienten (Straßengradienten), der durch das Symbol α_r dargestellt wird. Außerdem wird der Fahrzeugnickwinkel relativ zum Straßengradienten durch das Symbol θ dargestellt. Das Gewicht des Fahrzeugs wird durch Mg dargestellt, das als auf den CG des Fahrzeugs 12 einwirkend illustriert wird, wobei M die geschätzte Fahrzeugmasse ist und g die Beschleunigung auf Grund der Schwerkraft darstellt (9,8 m/s²). Die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 12 wird durch das Symbol V_x repräsentiert und wird auf der Basis der Radgeschwindigkeitssignale (W_s, gezeigt in 1) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt. Die Längsbeschleunigung und die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs 12 werden durch Variablen a s / x , a s / z repräsentiert, wobei der hochgestellte Buchstabe (s) anzeigt, dass das Signal durch einen Sensor geliefert wird, wie zum Beispiel die Inertialsensoren 52, die in 1 gezeigt werden. Mit Bezug auf 3 wirkt die Giergeschwindigkeit um die Vertikalachse (z) und wird durch den Buchstaben r repräsentiert. Die Inertialsensoren (52) sind im Fahrzeug 12 versetzt gegenüber dem CG installiert, und das Fahrzeugsystem 10 berechnet Beschleunigungswerte am CG auf der Basis des Versatzes. Der Längsversatz zwischen den Sensoren 52 und dem CG wird durch l_d dargestellt, und der seitliche Versatz wird durch l_c in 3 dargestellt.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Verfahrens 410 zur Zuweisung der Straßengradientenschätzung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 410 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Fahrzeugsystem umfasst eine Reihe von Algorithmen zum Abschätzen des Straßengradienten, wobei jeder Algorithmus für unterschiedliche Fahrzeugbedingungen geeignet ist. Das Verfahren 410 wählt einen Algorithmus für die Straßengradientenschätzung auf der Basis aktueller Fahrzeugbedingungen aus.
Der VSC empfängt Eingaben im Signalverarbeitungsblock 412. Die Eingaben umfassen 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, die alle allgemein durch Eingabe 414 dargestellt werden. In einigen Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem Eingaben vom Navigationssystem, die der Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung entsprechen, welche allgemein durch Eingabe 418 repräsentiert werden. In Block 420 schätzt der VSC den Straßengradienten (RGE) unter Verwendung statischer, kinematischer und dynamischer Schätzalgorithmen, die durch die Teilblöcke 422, 424 bzw. 426 repräsentiert werden. Die RGE-Werte werden einem RGE-Zuweisungs- und Diagnoseblock 428 zugeleitet, der auswählt, welche Schätzung (RGE_st, RGE_kin, oder RGE_dyn) als Ausgabe (RGE_out) für andere Fahrzeugsysteme auf der Basis einer Reihe von Fahrzeugbedingungen bereitgestellt werden.
Der statische RGE-Algorithmus 422 schätzt den Straßengradienten auf der Basis der Eingabe der Längsbeschleunigung (a s / x ). Der statische RGE ist für Fahrzeugstandbedingungen geeignet, wie zum Beispiel Motorstart/Stopp-Funktionalität, wenn ein Mikrohybrid auf einer schiefen Ebene angehalten wird. Wenn das Fahrzeug auf einer schiefen Ebene angehalten wird (wie in 2 gezeigt), ist der Längsbeschleunigungswert (a s / x ) auf Grund einer Durchbiegung innerhalb des Fahrzeugaufhängungssystems einseitig verfälscht, was durch den Fahrzeugnickwinkel (θ) dargestellt wird. Der statische RGE-Algorithmus kompensiert den Fahrzeugnickwinkel, wie im Detail mit Verweis auf die 7–10C beschrieben. Im Allgemeinen ist der statische RGE der genaueste Algorithmus unter den drei RGE-Schätzungen, da seine Schätzung die minimale Schätzeingabe beinhaltet, und es ist das am direktesten abgeleitete Schätzergebnis. Die statische RGE ist jedoch nur unter Fahrzeugstillstandsbedingungen verfügbar.
Der kinematische RGE-Algorithmus 424 schätzt den RGE auf der Basis einer Eingabe, die den kinematischen Eigenschaften des Fahrzeugs entspricht, einschließlich der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungen und Giergeschwindigkeit. Der Algorithmus verarbeitet die Eingabe unter Verwendung eines Kalman-Filters, wie im Detail mit Bezug auf die 11–13D beschrieben. Der kinematische RGE-Algorithmus 424 ist für normale Fahrzeugbewegungsbedingungen (z. B. Vx > 5 km/h) geeignet, weil einige der zugrundeliegenden Berechnungen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine geringe Genauigkeit aufweisen. Außerdem ist der Kalman-Filter ein dynamischer Filter, eine gute Abschätzung steht normalerweise nicht zur Verfügung, bis der Schätzzustand konvergiert hat. Die Ausregelzeit hängt von der Differenz zwischen dem Anfangszustand und dem wahren Straßengradientenzustand sowie den folgenden Schätzbedingungen ab:
Signalfrequenz, Reichhaltigkeit der Komponenten und Signal-Rausch-Verhältnis usw.
Der dynamische RGE-Algorithmus 426 schätzt RGE auf der Basis der Eingabe ab, die der Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsdrehmoment und Antriebsausgangsdrehmoment) und anderen Zugkräften entsprechen, welche auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und Straßengradientenlast). Das Fahrzeugsystem umfasst einen Algorithmus zum Schätzen der Fahrzeugmasse, der in Block 426 enthalten ist und der detailliert in Bezug auf die 18–24 beschrieben wird. Im Allgemeinen hat das dynamische RGE geringere Qualitätsbedingungen im Vergleich mit dem statischen und kinematischen RGE, weil es mehr Signale bei seiner Schätzung verwendet, und das Rauschen und Fehler in jedem Signal werden in der endgültigen RGE-Ausgabe vermehrt. Die dynamische RGE hängt jedoch nicht vom Signal der Längsbeschleunigung ab (a s / x ), und daher hat sie eine andere Signalabdeckung als die statische und die kinematische Schätzung. Zum Beispiel steht im Fall von Sensorfehlerbedingungen das Längsbeschleunigungssignal (a s / x ) möglicherweise nicht zur Verfügung, und dann ist der dynamische RGE die einzige verfügbare Schätzung.
In Block 430 nimmt das Fahrzeugsystem eine Fahrzustandsüberwachung und Einstellung des Schätzalgorithmus vor. Die Einstellung des Schätzalgorithmus umfasst die Vorwärtsregelung der Eingabekompensation für den RGE_kin-Algorithmus von Block 424, die detailliert in Bezug auf die 14–17 beschrieben wird.
Bei Block 432 bewertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel Fahrzeugstabilität, Schwingungen und Geschwindigkeit, und gibt eine entsprechende Beurteilung an Block 428 ab. Bei 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). In einer oder mehreren Ausführungsformen wird QF_RGE mit dem RGE_out für andere Fahrzeugsysteme bereitgestellt. Solche Qualitätsbewertungen werden detailliert in Bezug auf die 25–27G beschrieben. Allgemein bewertet ein Qualitätsfaktor sowohl die Verfügbarkeit wie auch die Genauigkeit der abgeschätzten Informationen. Der Qualitätsfaktor wird aus einem Bereich von 0–3 ausgewählt, wobei eine Qualitätswert von drei (3) volle Qualität angibt, zwei (2) eine gewisse Verschlechterung angibt, eins (1) mangelhafte Qualität angibt und ein Wert von null angibt, dass die Schätzung aktuell nicht verfügbar ist.
Die 5A–5E illustrieren die Auswirkung des Verfahrens 410 für die Zuweisung von Straßengradientenschätzungen von 4. Die 5A–5E umfassen 5 Diagramme von Messdaten, die über eine übliche Zeitdauer auf einer Straße mit einem bekannten Straßengradienten erhoben wurden. 5A illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st). 5B illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin). 5C illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die Schätzungsausgabe des Straßengradienten (RGE_out). 5D illustriert die Schätzungsausgabe des Straßengradienten (RGE_out) und den tatsächlichen Straßengradienten (α_r). 5E illustriert den prozentualen Fehler zwischen RGE_out und α_r.
5A–5C illustrieren, wie das Verfahren 410 zwischen den statischen und kinematischen Schätzungen des Straßengradienten während eines Fahrzyklus vermittelt, wobei das Fahrzeug eine Reihe von Stopps einlegt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) wird in jeder der 5A–5C illustriert. Das Fahrzeug legt drei Stopps in der illustrierten Ausführungsform ein, auf die durch die Zahlen 512, 514 und 516 verwiesen wird.
Wie in 5A dargestellt, ist die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) verfügbar, wenn das Fahrzeug anhält oder im Stillstand ist. Beim ersten Stopp 512 zeigt RGE_st an, dass der Straßengradient etwa 20% beträgt, wie durch die Zahl 518 repräsentiert. Die RGE_st zeigt an, dass der Straßengradient annähernd 0% beim zweiten Stopp ist und –12% beim dritten Stopp, wie durch die Zahlen 520 bzw. 522 angegeben. Wenn sich das Fahrzeug bewegt, steht die statische Straßengradientenschätzung nicht zur Verfügung, und die RGE_st-Wellenform ist gleich null nach einer oder mehreren Ausführungsformen.
Wie in 5B dargestellt, ist die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin) verfügbar, wenn sich das Fahrzeug bewegt oder während der normalen Fahrzeugbewegung. Vor dem ersten Stopp 512 zeigt die RGE_kin an, dass sich der Straßengradient von annähernd 0% auf 20% erhöht, wie durch die Zahl 524 dargestellt. Beim ersten Stopp 512 steht RGE_kin nicht zur Verfügung, und RGE_kin rastet auf dem letzten RGE_kin-Wert ein, wie durch die Zahl 526 repräsentiert. Zwischen dem ersten Stopp 512 und dem zweiten Stopp 514 verringert sich die RGE_kin von annähernd 20% auf 0%, wie durch die Zahl 528 repräsentiert. Zwischen dem zweiten Stopp 514 und dem dritten Stopp 516 verringert sich die RGE_kin von annähernd 0% auf –12%, wie durch die Zahl 530 repräsentiert. Nach dem dritten Stopp 516 erhöht sich die RGE_kin von –12% auf 0%, wie durch die Zahl 532 repräsentiert.
Wie in 5C dargestellt, wählt die ausgegebene Straßengradientenschätzung (RGE_out), wie mit Bezug auf 4 beschrieben, im Allgemeinen RGE_st bei Stillstandsbedingungen und RGE_kin, wenn sich das Fahrzeug bewegt. 5D illustriert RGE_out zusammen mit dem tatsächlichen Straßengradienten (α_r).
5E illustriert den prozentualen Fehler (Error) zwischen RGE_out und α_r. Für dieses Beispiel ist der Fehler annähernd +/–4%.

Tabelle A stellt einen Vergleich der Eingaben und der Fahrzeugbedingungen dar, die mit den Algorithmen zum Schätzen des Straßengradienten verknüpft sind, sie wird unten gezeigt:

	Schätzeingabe			Schätzungsverfügbarkeit
RGE-Algorithmen	Fahrzeug-geschwindigkeit	Beschleu-nigung	Rad-drehmoment & -kraft	Stillstand	sehr geringe Geschwindigkeiten	Normale Bewegung	Konvergenzphase
Statisch		X		X			Ja*
Kinematisch	X	X				X	Ja
Dynamisch	X		X	X		X	Ja

Spalte 1 von Tabelle A illustriert die Schätzalgorithmen für den Straßengradienten: statisch, kinematisch und dynamisch. Spalte 2–4 stellen die primären Eingaben dar, die jeder 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 Eingaben können gemessene Werte sein oder abgeleitete Werte, wie mit Bezug auf 1 beschrieben. Außerdem verwendet in einigen Ausführungsformen das Fahrzeugsystem Eingaben zusätzlich zu den in 5 dargestellten für die entsprechenden Straßengradientenschätzungen. Die Spalten 5–8 stellen die Fahrzeugbedingungen dar, bei denen jede Straßengradientenschätzung verfügbar ist. Zum Beispiel ist die statische Straßengradientenschätzung verfügbar, wenn das Fahrzeug stillsteht. Die kinematische Straßengradientenschätzung ist verfügbar, wenn sich das Fahrzeug in normaler Bewegung befindet (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 5 Meilen pro Stunde). Die dynamische Straßengradientenschätzung ist verfügbar, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist oder während der normalen Fahrzeugbewegung. Obwohl Spalte 6 der Tabelle anzeigt, dass keine der Schätzungen bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. weniger als 5 Meilen pro Stunde) verfügbar ist, liefert das Fahrzeugsystem immer noch eine genaue Straßengradientenschätzung während solcher Bedingungen, wie unten mit Bezug auf die 25–26C beschrieben.
Spalte 7 stellt die Konvergenzphase jeder Schätzung dar. Die Konvergenzphase betrifft die Zeitdauer, die für das Fahrzeugsystem erforderlich ist, um einen Straßengradienten unter Verwendung jedes Algorithmus während eines Übergangs zwischen den Fahrzeugbedingungen zu schätzen (z. B. vom Stillstand zu sehr niedriger Geschwindigkeit, zu normaler Bewegung).
Mit Verweis auf 6 wird ein Verfahren zum Vermitteln von Straßengradientenschätzungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 610 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 610 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. In einer oder mehreren Ausführungsformen entsprechen die Operationen des Verfahrens 610 den Operationen von Verfahren 410, die mit Bezug auf 4 beschrieben werden. Das Fahrzeugsystem umfasst eine Reihe von Algorithmen zum Abschätzen des Straßengradienten, wobei jeder Algorithmus für unterschiedliche Fahrzeugbedingungen geeignet ist. Das Verfahren 610 wählt einen Schätzalgorithmus für den Straßengradienten auf der Basis des Schätzstatus, der Schätzbereitschaft und von Schätzungsqualitätsfaktoren aus.
Der Schätzstatusfaktor für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) ist als Boolesche Variable (WAHR/FALSCH) definiert und wird durch Variablen dargestellt (STATUS_st, STATUS_kin und STATUS_dyn). Der Schätzstatusfaktor gibt an, ob die Schätzbedingung erfüllt ist und ob die Schätzfunktion ihren Zustand bei einem entsprechenden RGE-Kanal aktualisiert (RGE_st, RGE_kin und RGE_dyn). Ein Statuswert von WAHR zeigt an, dass das Schätzverfahren die dynamischen Fahrzeugstatus (z. B., Vx, a s / x , a s / y , a s / z , und r) und die Straßengradienteninformationen und ihr Schätzkanal aktualisiert werden. Der Schätzbereitschaftsfaktor für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) ist auch als Boolesche Variable (WAHR/FALSCH) definiert und wird durch Variablen repräsentiert (READY_st, READY_kin und READY_dyn). Die Schätzbereitschaft zeigt allgemein die vorhandene Nützlichkeit der RGE-Funktion an. Genauer gesagt, zeigt die statische Schätzbereitschaft (READY_st) an, ob RGE_st bereits eine Straßengradientenschätzung für den aktuellen Fahrzeugstandort geliefert hat. Die Werte der kinematischen und dynamischen Schätzbereitschaft (READY_kin und READY_dyn) zeigen an, dass ihr Schätzstatus (verschlechtert oder volle Qualität) für mehr als einen Schwellwertzeitabschnitt mit einem Qualitätsfaktor von mehr als 2 bestätigt wurde. Bei Vorhandensein einer unqualifizierten Schätzbedingung hat die aufgelaufene Zeit unter einer solchen Bedingung keinen weiteren Zeitschwellwert überschritten, so dass der Schätzstatus nicht die Grenze für Verschlechterung überschritten hat. Der Schätzungsqualitätsfaktor für die RGE-Ausgabe sowie der für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) entspricht einem Wert zwischen 0 und 3 und wird durch Variablen repräsentiert (QF_RGE, QF_st, QF_kin und QF_dyn). Der Schätzungsqualitätsfaktor bewertet sowohl die Verfügbarkeit wie auch die Genauigkeit der abgeschätzten Informationen zum Straßengradienten. QF_RGE ist die allgemeine RGE-Ausgabe-Qualitätsbewertung, die auf dem Qualitätsfaktor des ausgewählten RGE-Algorithmus beruht und gemäß der dynamischen Situation des Fahrzeugs nach dem Aktualisierungsereignis weiter verarbeitet wird. Solche Qualitätsbewertung wird detailliert in Bezug auf die 25–26C beschrieben. Für den bewerteten Qualitätsfaktor von einzelnen Kanälen, QF_st, QF_kin und QF_dyn, zeigt ein Wert von 3 volle Qualität an, und ein Wert von 2 zeigt an, dass die Schätzung immer noch verfügbar ist, es aber möglich ist, dass der aktuelle Wert außerhalb des angegebenen Präzisionsbereichs liegt.
Bei Operation 612 bewertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus der kinematischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob STATUS_st gleich WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei 612 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 614 fort. Bei Operation 614 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzbereitschaft der statischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob READY_st gleich WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei 614 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 616 fort. Bei Operation 616 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der statischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob QF_st gleich drei (volle Qualität) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 616 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 618 fort und wählt die statische Straßengradientenschätzung durch Setzen von RGE Output gleich RGE_st. Wenn die Bestimmung bei 612 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 620 fort.
Bei Operation 620 bewertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus der kinematischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob STATUS_kin gleich WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei 620 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 622 fort. Bei Operation 622 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzbereitschaft der kinematischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob READY_kin gleich WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei 622 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 624 fort. Bei Operation 624 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der kinetischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob QF_kin gleich drei (volle Qualität) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 616 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 626 fort und wählt die kinematische Straßengradientenschätzung durch Setzen von RGE Output gleich RGE_kin.
Die statischen und kinematischen Straßengradientenschätzungen werden gegenüber RGE_dyn bevorzugt, da RGE_dyn niedrigere Qualitätsbedingungen hat auf Grund der zusätzlichen Signale bei ihrer Abschätzung, und das Rauschen in jedem Signal wird in die endgültige RGE-Ausgabe fortgepflanzt. Selbst wenn also die statischen und kinematischen Qualitätsfaktoren kleiner als drei sind, kann das Fahrzeugsystem immer noch RGE_st oder RGE_kin gegenüber RGE_dyn wählen. Wenn die Bestimmung bei Operation 616 negativ ist, dann ist QF_st kleiner als 3, und das Fahrzeugsystem fährt mit Operation 628 fort. Bei Operation 628 setzt das Fahrzeugsystem einen zeitweiligen Qualitätsfaktorwert (QF_tmp) gleich QF_st und eine zeitweilige Straßengradientenschätzung (RGE_tmp) gleich RGE_st. Wenn analog die Bestimmung bei Operation 624 negativ ist, dann ist QF_kin kleiner als 3, und das Fahrzeugsystem fährt mit Operation 630 fort. Bei Operation 630 setzt das Fahrzeugsystem einen zeitweiligen Qualitätsfaktorwert (QF_tmp) gleich QF_kin und eine zeitweilige Straßengradientenschätzung (RGE_tmp) gleich RGE_kin. Nach beiden Operationen 628 und 630 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 632 fort, um den Gesamt-RGE-Qualitätsfaktor (QF_RGE) zu bewerten.
Bei Operation 632 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob QF_RGE kleiner als 3 ist. Wenn die Bestimmung negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 634 fort und aktualisiert RGE nicht. Wenn die Gesamt-RGE volle Qualität hat, wird das Fahrzeugsystem keine andere RGE von geringerer Qualität wählen. Wenn die Bestimmung bei 632 negativ ist, dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 636 fort.
Bei Operation 636 bewertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus und die aktuelle Schätzbereitschaft der dynamischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob STATUS_dyn und READY_dyn gleich WAHR sind. Wenn die Bestimmung bei 636 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 638 fort. Bei Operation 638 bewertet das Fahrzeugsystem den zeitweiligen Qualitätsfaktor QF_tmp, um zu bestimmen, ob er größer oder gleich 2 ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 638 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 634 fort und aktualisiert RGE nicht. Wenn die Bestimmung bei Operation 638 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 640 fort und wählt den zeitweiligen Straßengradienten (statisch oder kinematisch) durch Setzen von RGE gleich RGE_temp. Wenn die Bestimmung bei Operation 636 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 642 fort.
Bei Operation 642 bewertet das Fahrzeugsystem den zeitweiligen Qualitätsfaktor (QF_tmp) und den dynamischen Qualitätsfaktor (QF_dyn), um zu bestimmen, ob der Mindestwert von QF_tmp und QF_dyn größer oder gleich 2 ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 642 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 644 fort. Bei Operation 644 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob QF_tmp größer als QF_dyn ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 644 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 640 fort und wählt den zeitweiligen Straßengradienten (statisch oder kinematisch) durch Setzen von RGE gleich RGE_temp. Wenn die Bestimmung bei Operation 644 negativ ist, ist (QF_tmp nicht größer als QF_dyn), dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 646 fort und wählt den dynamischen Straßengradienten durch Setzen von RGE gleich RGE_dyn.
Wenn die Bestimmung bei den Operationen 614, 620 oder 622 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 648 fort. Bei Operation 648 bewertet das Fahrzeugsystem den aktuellen Schätzstatus und die aktuelle Schätzbereitschaft der dynamischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob STATUS_dyn und READY_dyn gleich WAHR sind.
Wenn die Bestimmung bei Operation 648 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 650 fort. Bei Operation 650 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Schätzqualität der dynamischen RGE-Funktion, um zu bestimmen, ob QF_dyn größer oder gleich zwei ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 650 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 646 fort und wählt die dynamische Straßengradientenschätzung durch Setzen von RGE Output gleich RGE_dyn. Wenn die Bestimmung bei den Operationen 648 oder 650 negativ sind, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 652 fort und aktualisiert die RGE Output nicht, indem es den Wert von RGE Output auf den vorherigen RGE output-Wert verriegelt. Nach den Operationen 618, 626, 640, 646 und 652 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 654 fort. Bei Operation 654 liefert das Fahrzeugsystem RGE Output und QF und kehrt dann zu Operation 612 für eine weitere Iteration des Verfahrens 610 zurück.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber vorhandenen Systemen durch Vermitteln oder Auswählen einer Straßengradientenschätzung aus einer Reihe von unterschiedlichen Schätzungen (statisch, kinematisch und dynamisch). Jede Straßengradientenschätzung eignet sich für unterschiedliche Fahrzeugbedingungen. Durch Ausgleichen zwischen diesen verschiedenen Schätzungen liefert das Fahrzeugsystem eine Straßengradientenschätzung über einen weiten Bereich von Fahrzeugbedingungen.
Mit Verweis zurück zu 2 beruhen die statischen und kinematischen Straßengradientenschätzungen auf kinematischen Fahrzeuggleichungen. Die Kinematik betrifft allgemein die Beschreibung davon, wie sich ein Körper in Raum und Zeit bewegt. Die kinematischen Fahrzeuggleichungen beruhen auf Fahrzeugbeschleunigungswerten (a s / x , a s / y , a s / z ) die durch die Inertialsensoren (52) bereitgestellt werden. Das Koordinatensystem (x, y, z) ist relativ zur Straße ausgerichtet und um den Schwerpunkt (CG) des Fahrzeugs. Jedoch sind die Inertialsensoren 52 versetzt gegenüber dem Koordinatensystem (x, y, z), wobei l_c ein seitlicher Versatz und l_d ein Längsversatz ist. Außerdem liefern die Inertialsensoren 52 Ausgangssignale, die auf Grund der Fahrzeugaufhängung gegenüber dem Koordinatensystem versetzt sind. Der Fahrzeugnickwinkel (θ) repräsentiert einen Winkelversatz gegenüber der Längsachse (x). Der Fahrzeugrollwinkel (ϕ) (nicht dargestellt) stellt einen Winkelversatz gegenüber der seitlichen Achse (y) dar, und die Fahrzeuggiergeschwindigkeit (r) stellt einen Winkelversatz gegenüber der vertikalen Achse (z) dar. Das Fahrzeugsystem schätzt den Straßengradienten (α_r) und trennt daher die Fahrzeugversätze (z. B. Fahrzeugnickwinkel (θ)) vom Straßengradienten (α_r).
Die bestimmenden kinematischen Fahrzeugfahrgestellgleichungen werden unten dargestellt: 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 Fahrzeuglängs-, -lateral- und -vertikalbeschleunigungen sind. l_cist die laterale Versatzverschiebung des Sensors gegenüber dem Rotationszentrum (CG) des Fahrzeugs bei einem Wendemanöver, und l_d ist die longitudinale Versatzverschiebung des Sensors. V_x _, und V_y _, sind die Längsgeschwindigkeit und die laterale Geschwindigkeit; und V ._x, V ._y, und V ._z sind die berechneten longitudinalen, lateralen und vertikalen Beschleunigungen; θ ist der Fahrzeugnickwinkel und r ist die Giergeschwindigkeit. ϕ ist der gesamte Fahrzeugrollwinkel, der der Summe des Karosserierollwinkels ϕ_v und des Straßenquerneigungswinkels ϕ_b entspricht. Außerdem stellt n_az die gesamten vertikalen Beschleunigungsstörungen dar, die durch Schwingungen der Fahrzeugaufhängung und durch Straßenoberflächenfluktuationen verursacht werden.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen statischen Straßengradienten auf der Basis der Fahrzeuglängsbeschleunigung und Gleichung 1. Da das Fahrzeug steht oder im Stillstand ist, vereinfachen sich die Längsgeschwindigkeit (V_y), das Längsbeschleunigungssignal (V ._x), die Giergeschwindigkeit und die Ableitung der Giergeschwindigkeit werden auf null gesetzt, und die kinematischen Gleichungen vereinfachen sich. Gleichung 4 illustriert eine Gleichung zum Berechnen der Längsbeschleunigung unter statischen Bedingungen und wird unten gezeigt: a s / x = g(α_r + θ) ≈ gsinα_r + gθ (4)
Der Fahrzeugnickwinkel (θ) auf Grund der Ablenkung der Aufhängung ist proportional zum Straßengradientenwinkel wie θ ≈ K_p(gsinα_r) wobei K_p die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie im stationären Zustand repräsentiert. K_p ist ein vorgegebener Wert, der auf der Größe von a s / x beruht. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der VSC gespeicherte Daten, die einer Nachschlagetabelle von vorkalibrierten Daten entsprechen, wobei der Wert von K_p interpoliert mit Bezug auf den Vektor von a s / x Werten über seinen positiven und negativen Betriebsbereich. Gleichung 5 illustriert einen Zwischenableitungsschritt, und Gleichung 6 sorgt für eine Gleichung zum Berechnen des Straßengradienten (α_r) unter statischen Bedingungen, wie unten gezeigt:
Im Allgemeinen ist die statische RGE der genaueste Algorithmus unter den drei RGE-Schätzungen, da sie die minimale Schätzeingabe beinhaltet, und sie ist das am direktesten abgeleitete Schätzergebnis. Die statische RGE ist jedoch nur unter Fahrzeugstillstandsbedingungen verfügbar.
7 illustriert Messdaten, die erfasst werden, wenn das Fahrzeug auf einer schrägen Ebene stoppt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 7 illustriert die Eingangssignale Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und Längsbeschleunigung (a s / x ), zusammen mit Straßengradienten(α_r)-Daten, die nach Gleichung 6 berechnet wurden. Zur Zeit t₁ entschleunigt das Fahrzeug, wie durch die abfallende Steigung von Vx angezeigt. Zur Zeit t₂ stoppt das Fahrzeug. Nach dem Anhalten des Fahrzeugs gibt es ein Rauschen im Längsbeschleunigungssignal (a s / x ) auf Grund von Oszillationen der Fahrzeugkarosserie, wie durch die Zahl 712 angezeigt. Dieses Rauschen wird durch die Berechnung des Straßengradienten verstärkt, wie durch die Strallengradientenα_r-Wellenform illustriert und durch die Zahl 714 angezeigt. Zur Zeit t₃ hat das Längsbeschleunigungssignal (a s / x ) ausreichend konvergiert, um Qualitätsinformationen für die Straßengradientenschätzung zu liefern, wie durch die Zahl 716 angezeigt. Die Zeitdifferenz zwischen t₂ und t₃ beträgt annähernd 3 s in der illustrierten Ausführungsform. Daher kann ein Fahrzeugsystem, das von der Straßengradienten(α_r)-Berechnung für RGE abhängt, annähernd 3 s warten, bevor es den Wert verwendet. Diese Zeitverzögerung führt zu einer reduzierten Kraftstoffeffizienz für einen Mikrohybrid, der Start/Stoppfunktionalität nutzt. Mit Verweis auf 8 wird ein Verfahren zum Bewerten Beschleunigungsmesser-Konvergenzstatus gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 810 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. Während das Fahrzeugsystem den statischen Straßengradienten abschätzt, kann sein Schätzstatus und Qualität kontinuierlich überwacht werden. Eine hochwertige Schätzung tritt auf, wenn die Ausgabe des Beschleunigungsmessers (a s / x ) konvergiert und (a s / x ) in einem solchen stationären Zustand für eine minimale Zeitdauer gehalten wird. Die Ausgabe des Beschleunigungsmessers (a s / x ) wird einem Konvergenzstatusfaktor (CON_st) zugewiesen, der in drei Stufen von Kennzeichnungscode angibt, ob das Rohsignal im stationären Zustand ist oder nicht. CON_st, der gleich 0 ist, zeigt an, dass die Konvergenz nicht stabil ist; ein CON_st gleich 1 zeigt an, das die Konvergenz etwas stabil ist, und ein CON_st gleich 2 zeigt an, dass die Konvergenz sehr stabil ist.
Außerdem wird das Konvergenzstatussignal (CON_st) auch zum Bewerten der Qualität der statischen RGE-Ausgabe verwendet. Zum Beispiel entspricht in einer oder mehreren Ausführungsformen ein CON_st von 2 (sehr stabil) einer höchsten oder umfassenden Qualitätsschätzung (QF_st = 3). Ein CON_st von 1 (etwas stabil) entspricht einer verschlechterten Qualitätsschätzung (QF_st = 2). Ein CON_st von 0 (instabil) entspricht einer ungeeigneten Schätzung (QF_st = 1) oder keinen Daten (QF_st = 0). Das Konvergenzstatussignal (CON_st) beruht auf der Ableitung der Längsbeschleunigung.
Bei Operation 812 bewertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und den Konvergenzstatusfaktor (CON_st), um zu bestimmen, ob Vx kleiner als ein unterer Geschwindigkeitsschwellwert ist, und ob die Signalqualität des Beschleunigungsmessers OK ist (z. B. wenn CON_st = 2). Wenn die Bestimmung bei 812 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 814 fort. Bei Operation 814 bewertet das Fahrzeugsystem den Konvergenzstatusfaktor (CON_st), um zu bestimmen, ob CONst anzeigt, dass das Signal stabil ist (z. B. ob CON_st = 2 ist). Wenn die Bestimmung bei Operation 814 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 816 fort und setzt die Zeitgeber und Markierungen (Flags) zurück, indem ein stabiler Zeitgeber, ein konvergierender Zeitgeber, ein instabiler Zeitgeber und der Konvergenzstatusfaktor (CON_st) alle auf null gesetzt werden (CON_st = Instabil). Das Fahrzeugsystem setzt auch ein Gradient_gefunden-Flag für den Gradienten auf FALSCH, wenn ein RGE-Wert verfügbar ist. Gradient_gefunden zeigt an, ob eine gültige Schätzung (RGEst) bereits für ein aktuelles Fahrzeugstoppereignis geliefert wurde. Ein Gradient_gefunden, das gleich WAHR ist, zeigt an, dass eine gültige RGE_st bereits geliefert wurde, und Gradient_gefunden, der gleich FALSCH ist, zeigt an, dass eine gültige RGE_st noch nicht geliefert wurde oder nicht mehr gültig ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 812 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 818 fort. Gradient_gefunden bedeutet, dass es eine gültige Gradientenschätzung gibt, die vom statischen Schätzalgorithmus im aktuellen Fahrzeugstoppereignis erhalten wurde, bevor die Schätzbedingung verletzt wird. Lassen Sie es mich wissen, ob das für Sie ausreichend klar ist. Danke! Die Schätzbedingung ist verletzt! Ich meine, die Situation ist für die Schätzung nicht mehr gültig. Für die statische RGE ist eines dieser Ereignisse die Fahrzeuggeschwindigkeit, die über einen Geschwindigkeitsschwellwert erhöht ist, z. B. 5 km/h.
Bei Operation 818 berechnet das Fahrzeugsystem einen Längsruck (a . s / x) , oder eine Ableitung erster Ordnung der Längsbeschleunigung unter Verwendung eines Tiefpassfilters. Bei Operation 820 vergleicht das Fahrzeugsystem den Ruck (a . s / x) mit einem konvergierenden Schwellwert, um zu bestimmen, ob a . s / x kleiner als der konvergierende Schwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei 820 negativ ist, dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 822 fort und der instabile Zeitgeber wächst mit der Zykluszeit Dt an. Das Fahrzeugsystem fährt auch mit Operation 822 fort, wenn die Bestimmung bei Operation 814 positiv ist. Bei Operation 824 bewertet das Fahrzeugsystem den instabilen Zeitgeber, um zu bestimmen, ob der instabile Zeitgeber größer als der Schwellwert des instabilen Zeitgebers ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 824 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 826 fort und setzt den konvergierenden Zeitgeber, den stabilen Zeitgeber und den konvergierenden Statusfaktor (CON_st) alle auf null (CON_st = Instabil). Wenn die Bestimmung bei 820 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 828 fort.
Bei Operation 828 berechnet das Fahrzeugsystem einen Längsruck (a . s / x) , um zu bestimmen, ob a . s / x kleiner als ein sich stabilisierender Schwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei 828 negativ ist, dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 830 fort und der konvergierende Zeitgeber wächst mit der Zykluszeit Dt an. Bei Operation 832 bewertet das Fahrzeugsystem den konvergierenden Zeitgeber, um zu bestimmen, ob der konvergierende Zeitgeber größer als der konvergierende Zeitschwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 832 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 834 fort und setzt den instabilen und den stabilen Zeitgeber zurück, indem es sie gleich null setzt; stellt den konvergierenden Statusfaktor auf etwas stabil ein (CON_st = 1); und setzt den Gradient_gefunden auf WAHR. Wenn die Bestimmung bei Operation 828 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 836 fort.
Bei Operation 836 wächst der stabile Zeitgeber mit der Zykluszeit Dt an. Bei Operation 838 bewertet das Fahrzeugsystem den stabilen Zeitgeber, um festzustellen, ob der stabile Zeitgeber größer als ein stabilisierender Zeitschwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 838 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 840 fort und setzt den instabilen und den konvergierenden Zeitgeber zurück, indem es sie gleich null setzt; stellt den konvergierenden Statusfaktor auf sehr stabil ein (CON_st = 2); und setzt den Gradient_gefunden WAHR.
Mit Verweis auf 9 wird ein Verfahren zum Verriegeln der Ausgabe statischen Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 910 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. Sobald allgemein das Fahrzeugsystem bestimmt, dass der Konvergenzstatus sehr stabil ist (z. B. CON_st = 2), dann wird RGE_st verriegelt, um eine Auswirkung von zukünftigen Fahrzeugstörungen zu vermeiden. Die Verriegelung wird aufgehoben, wenn das Fahrzeugsystem feststellt, dass sich das Fahrzeug bewegt. Ein STATIC_lock-Signal zeigt an, ob RGE_st verriegelt, entriegelt oder in Quarantäne ist. Ein Verriegelungsstatus von Quarantäne zeigt einen Zwischenzustand zwischen Verriegelung und Entriegelung an, wobei das Fahrzeugsystem auf zusätzliche Informationen wartet.
Bei Operation 912 tritt das Fahrzeugsystem in einen Initialisierungszustand ein, der das STATIC_lock-Signal auf entriegelt setzt. Bei Operation 914 bewertet das Fahrzeugsystem das STATIC_lock-Signal, um zu bestimmen, ob der statische Straßengradient (RGE_st) verriegelt ist. Wenn die Bestimmung bei 914 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 916 fort. Bei Operation 916 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob das STATIC_lock-Signal in Quarantäne ist. Wenn die Bestimmung bei 916 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 918 fort. Bei Operation 918 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob der Gradient_gefunden WAHR ist. Das Signal Gradient_gefunden beruht auf dem RGE_out-Signal. Wenn die Bestimmung bei Operation 918 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 920 fort. Bei Operation 920 bewertet das Fahrzeugsystem das Konvergenzstatussignal, um zu bestimmen, ob CON_st ”sehr” stabil ist (z. B. ob CON_st = 2). Wenn die Bestimmung bei Operation 920 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 922 fort und setzt STATIC_lock auf verriegelt. Dann wird in Operation 924 die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) verriegelt. Wenn die Bestimmung bei Operation 914 positiv ist (z. B. STATIC_lock = verriegelt), dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 926 fort. Bei Operation 926 bewertet das Fahrzeugsystem den gefundenen Gradienten (Gradient_gefunden), um zu bestimmen, ob Gradient_gefunden = WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 926 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 928 fort und bewertet das Konvergenzstatussignal, um zu bestimmen, ob CON_st nicht stabil ist (z. B. wenn CON_st = 0). Wenn die Bestimmung bei Operation 928 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 930 fort und setzt STATIC_lock auf 'in Quarantäne'. Nach Operation 930 und wenn die Bestimmung bei Operation 928 oder 934 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 924 fort und verriegelt die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st). Wenn die Bestimmung bei Operation 916 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 932 fort.
Bei Operation 932 bewertet das Fahrzeugsystem das gefundene Gradientensignal, um zu bestimmen, ob Gradient_gefunden = WAHR ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 932 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 934 fort und bewertet das Konvergenzstatussignal, um zu bestimmen, ob CON_st sehr stabil ist (z. B. wenn CON_st = 2). Wenn die Bestimmung bei Operation 934 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 922 fort und setzt STATIC_lock auf verriegelt. Wenn die Bestimmung bei Operation 932, 918, 920 oder 926 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 936 fort, setzt STATIC_lock auf verriegelt. Nach Operation 936 und 924 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 938 fort und kehrt dann zu Operation 914 zurück.
Mit Verweis auf die 10A–10C schätzt das Fahrzeugsystem den statischen Straßengradienten (RGEst) auf der Basis der Verfahren 810 und 910 von 8 und 9. Die 10A–10C umfassen 3 Diagramme von Messdaten, die über eine gemeinsame Zeitdauer erfasst wurden und auf die allgemein durch die Zahl 1010 verwiesen wird. Außerdem schätzt das Fahrzeugsystem einen Anfangswert für RGE_st auf der Basis der kinematischen oder der dynamischen Straßengradientenschätzungen und filtert dann das longitudinale Beschleunigungssignal (a s / x ) unter Verwendung eines Tiefpassfilters, das eine variable Bandbreite hat, um RGE_st zu bestimmen, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
10A illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und ein Signal, das die variable Bandbreite des Tiefpassfilters (flt) repräsentiert, wobei das Filter eine geringe Bandbreite hat, wenn flt gleich 1 ist, und eine große Bandbreite, wenn flt gleich null ist. 10B illustriert den gemessenen Längsbeschleunigungswert (a s / x ). 10C illustriert die statische Straßengradientenschätzung (RGE_st) zusammen mit der kinematischen Straßengradientenschätzung (RGE_kin). In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Bandbreiten in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 Hz und 0,04 Hz verteilt; wobei die große Bandbreite dem oberen Ende des Frequenzbereichs entspricht und die schmale Bandbreite dem unteren Ende des Frequenzbereichs entspricht. In anderen Ausführungsformen entspricht die große Bandbreite ca. 1 Hz und die schmale Bandbreite entspricht ca. 0,05 Hz.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen Anfangswert für RGEst auf der Basis der kinematischen oder der dynamischen Straßengradientenschätzung. Wenn keine Schätzwerte verfügbar sind, verwendet das Fahrzeugsystem einen Standardwert. Da die statische RGE-Funktion nur startet, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als ein vorgegebener Schwellwert ist (z. B. 1 km/h), ist der Anfangswert des Schätzalgorithmus ein Faktor in der Konvergenzzeit oder der Zeitverzögerung, bis RGE_st zum tatsächlichen Straßengradienten konvergiert. Glücklicherweise umfasst das Fahrzeugsystem mehrere Straßengradientenalgorithmen. Der andere, kinematische und der dynamische Schätzalgorithmus funktionieren in erster Linie unter der Bedingung, dass sich das Fahrzeug in Bewegung befindet. Vor dem Start des statischen RGE-Algorithmus müssen also Informationen über den Straßengradienten mehrere Sekunden, vor der aktuellen Zeit oder mehrere Meter hinter dem Fahrzeug (wenn man annimmt, dass das Fahrzeug sich vorwärts bewegt) von den anderen RGE-Algorithmen verfügbar sein und sie sind der gültige Bezug für den statischen RGE-Algorithmus, mit dem er starten kann. Danach übernimmt der statische RGE-Algorithmus die Hauptschätzaufgabe, die Überwachung der Variation des Straßengradienten fortzusetzen, während die anderen zwei Algorithmen bei Fehlen von qualifizierten Schätzbedingungen pausieren. Genauer gesagt, nimmt der statische RGE-Algorithmus, wenn die Schätzbedingungen erfüllt sind, die Ausgabe des kinematischen oder dynamischen Schätzalgorithmus als seinen Anfangswert, je nachdem, welcher die Bewertung von höchster Qualität hat. Wenn keiner von ihnen eine ausreichende Qualität hat, wird stattdessen ein Standardwert verwendet. Die qualifizierte statische Schätzbedingung ist, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Geschwindigkeitsschwellwert ist, und ein solcher Geschwindigkeitsschwellwert ist kleiner als der Geschwindigkeitsschwellwert, der zum Bestimmen der Haltezeit der anderen zwei RGE-Algorithmen verwendet wird.
Zur Zeit t₁ beginnt das Fahrzeug langsamer zu werden, wie durch die abfallende Steigung von Vx angezeigt. Zur Zeit t₂ stoppt das Fahrzeug und RGE_st wird aktiv. Statt bei 0% zu beginnen und zum tatsächlichen Straßengradienten zu konvertieren, beginnt RGE_st bei dem letzten RGE_kin-Wert, wie an Punkt 1012 gezeigt, wo RGE_st gleich RGE_kin ist, die beide annähernd gleich –22% sind. Wenn dann RGE_st Daten ansammelt, konvergiert sie zum tatsächlichen Straßengradienten von etwa –20% zur Zeit t₃, auf die durch die Zahl 1014 verwiesen wird.
Nach dem Anhalten des Fahrzeugs gibt es ein Rauschen im Längsbeschleunigungssignal (a s / x ) auf Grund von Oszillationen der Fahrzeugkarosserie, wie durch die Zahl 1016 angezeigt. Das Fahrzeugsystem filtert das Längsbeschleunigungssignal (a s / x ) unter Verwendung eines Tiefpassfilters, das eine variable Bandbreite hat, wie durch die flt-Wellenform bei 1018 angezeigt. Das Fahrzeugsystem berechnet einen gefilterten Längsbeschleunigungswert durch Filtern der a s / x Daten unter Verwendung einer Zeitkonstante, die auf der Basis von Ableitungen erster und höherer Ordnung von a s / x . In einer Ausführungsform vergleicht das Fahrzeugsystem einen Längsruck (a . s / x) oder eine Ableitung erster Ordnung der Längsbeschleunigung mit einem Schwellwertruck. Wenn der Ruck (a .. s / x) größer als der Schwellwertruck ist, dann wird eine Zeitkonstante, die einer geringeren Bandbreite entspricht, für das Tiefpassfilter gewählt. Wenn umgekehrt der Ruck kleiner als der Schwellwertruck ist, wird eine Zeitkonstante, die einer größeren Bandbreite entspricht, für das Tiefpassfilter gewählt. Zum Beispiel kann der Schwellwertruck entweder der konvergierende Schwellwert 820 oder der stabilisierende Schwellwert 828 sein, die oben mit Bezug auf 8 beschrieben werden. In der illustrierten Ausführungsform entspricht die flt-Wellenform der Bandbreite, wobei fit gleich 1 ist, wenn eine geringe Bandbreite angewendet wird, und fit gleich 0 ist, wenn eine große Bandbreite ausgewählt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Bandbreite aus vorgegebenen Daten ausgewählt (z. B. eine Nachschlagetabelle), die auf einer Ableitung zweiter Ordnung der Längsbeschleunigung a .. s / x beruht. Durch Filtern a s / x , konvergiert die Straßengradientenschätzung (RGE_st) relativ schnell. Zum Beispiel konvergiert RGE_st zur Zeit t₃, wie durch die Zahl 1014 angegeben, und die Zeitverzögerung zwischen t₂ und t₃ beträgt annähernd 1 s.
Mit Verweis zurück auf 7 können vorhandene Systeme zur Bewertung des Straßengradienten darauf warten, dass das Längsbeschleunigungssignal konvergiert, bevor eine Straßengradientenschätzung erstellt wird. Solch ein System würde ca. 3 Sekunden warten, bevor der Straßengradient für das Fahrzeug geschätzt wird, die in 7 illustriert sind. Wie jedoch in 10A–10C gezeigt, reduziert das Fahrzeugsystem diese Zeitverzögerung durch Verwendung eines Anfangswertes für RGEst, der auf anderen Schätzungen beruht, und durch dynamische Filterung der Längsbeschleunigung. Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber vorhandenen Systemen durch Schätzen des statischen Straßengradienten unter Verwendung kinematischer Gleichungen und dynamischer Filterung der Längsbeschleunigung. Das Fahrzeugsystem legt auch einen Anfangswert für die statische Straßengradientenschätzung gleich einem Straßengradienten fest, der von einer kinematischen oder dynamischen Straßengradientenschätzung geliefert wird. Durch dynamisches Filtern der Längsbeschleunigung und durch Verwendung einer anderen Schätzung für den Anfangswert reduziert das Fahrzeugsystem die Zeitverzögerung, bevor ein qualitativ hochwertiger Straßengradientenschätzwert bereitgestellt werden kann, der wiederum ermöglicht, dass der Motor in einer Start-Stopp-Anwendung früher ausgeschaltet werden kann, was zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie führt.
Mit Verweis auf 11 wird ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren zur kinematischen Straßengradientenschätzung illustriert, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 1110 verwiesen. Das Verfahren 1110 entspricht dem Teil der kinematischen Straßengradientenschätzung des gesamten RGE-Zuweisungsverfahrens 410, das in 4 illustriert wird. Block 1112 entspricht Block 412 von 4. Bei Block 1112 empfängt das Fahrzeugsystem Eingaben, einschließlich Beschleunigung (a s / x , a s / y , a s / z ), Giergeschwindigkeit (r) und Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx). In einer Ausführungsform empfängt das Fahrzeugsystem nur die Längsbeschleunigung (a s / x ) und die Fahrzeuggeschwindigkeit. In anderen Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem GPS-Informationen (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, -beschleunigung und Höhe). Die Eingabe kann direkt von Sensoren empfangen werden, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, oder indirekt über den CAN-Bus. Die Blöcke 1114 und 1116 entsprechen dem RGE_kin-Block 424 von 4. Bei Block 1114 bestimmt das Fahrzeugsystem die erweiterten Kalman-Filter(EKF)-Parameter Y_k und u_k, die eine Systemausgabe bzw. Systemeingabe repräsentieren. Die Eingabeparameter beruhen auf der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), Längsbeschleunigung a s / x ), und einem Beschleunigungsversatz a off / x . Die Parameter können auch auf optionalen Zustandsinformationen für Ausführungsformen beruhen, die GPS-Informationen nutzen. Bei Block 1116 schätzt das Fahrzeugsystem RGE_kin unter Verwendung der EKF und bestimmt den kinematischen Qualitätsfaktor (QF_kin).
Die (a s / x , a s / z und r)-Eingaben werden einem RGE_kin-Eingabekompensationsblock 1118 zugeführt, der Block 430 von 4 entspricht. Bei Block 1118 bestimmt das Fahrzeugsystem den Beschleunigungsversatz a off / x . Der Beschleunigungsversatz wird als Optimalwertregelungs-Eingabekompensationswert für die kinetische Straßengradientenschätzung der Blöcke 114 und 116 bereitgestellt. Die Bestimmung des Beschleunigungsversatzes wird im Detail in Bezug auf die 14–17 beschrieben.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen kinematischen Straßengradienten auf der Basis der kinematischen Fahrzeugfahrgestellgleichungen 1–4 und verwendet eine Filterungsstrategie vom integralen Typ. Durch Ignorieren von Winkeltermen hoher Ordnung können die kinematischen Fahrzeugfahrgestellgleichungen vereinfacht werden, wie in den Gleichungen 7–9 unten gezeigt:
Eine Gleichung für die Längsbeschleunigung (V ._x) kann durch Anwenden einer Kleinwinkelapproximation auf Gleichung 8 erhalten werden und wird unten gezeigt: V ._x = a_x = a s / x + l_cr . + r·V_y – gθ – gα ≈ 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 Beschleunigungsversatz darstellt.
Das Fahrzeugsystem schätzt den kinematischen Straßengradienten unter Verwendung eines Kalman-Filters gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Kalman-Filter arbeitet rekursiv an Strömen von verrauschten Eingabedaten, um eine statistisch optimale Schätzung des zugrundeliegenden Systemzustandes bereitzustellen. Im Grunde ist das Kalman-Filter ein Algorithmus, der eine Reihe von Messungen verwendet, die über der Zeit beobachtet werden und die zufällige Variationen (Rauschen) enthalten, und liefert Schätzungen von unbekannten Variablen, die genauer sind als die Messungen allein. Man kann sich ein Kalman-Filter als Ansatz zum Abschätzen des Zustandes einer ”Black Box” auf der Basis von messbaren Eingaben und Ausgaben vorstellen.
Der Kalman-Filter-Algorithmus schätzt einen Zustand unter Verwendung eines zweistufigen Prozesses einschließlich eines Zeitaktualisierungs-Vorhersageschritts und eines Messungsaktualisierungsschritts. Beim Vorhersageschritt stellt das Kalman-Filter Schätzungen der aktuellen Zustandsvariablen bereit, zusammen mit ihren Unsicherheiten. Der Messungsaktualisierungsschritt ist eine Form von selbsttätiger Regelung. Sobald das Kalman-Filter die nächste Messung beobachtet, werden die Schätzungen unter Verwendung eines gewichteten Durchschnitts aktualisiert, wobei den Schätzungen mit höherer Sicherheit mehr Gewicht verliehen wird. Die Gewichte werden aus der Kovarianz berechnet, die ein Maß für die geschätzte Unsicherheit der Vorhersage des Systemzustandes ist. Der Kalman-Filterprozess wird bei 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 ein rekursiver Schätzer. Das bedeutet, dass nur der geschätzte Zustand aus dem vorherigen Zeitschritt und die aktuelle Messung zum Berechnen der Schätzung für den aktuellen Zustand verwendet werden.
Ein Nachteil des Kalman-Filters ist, dass es die optimale Schätzung für lineare Systemmodelle mit zusätzlichem unabhängigem weißem Rauschen ist, sowohl in Übergangs- wie auch in Messsystemen. Die meisten Systeme sind jedoch nichtlinear. Ein erweitertes Kalman-Filter (EKF) wird zum Bereitstellen von Schätzungen von nichtlinearen Systemen verwendet. Das EKF passt Verfahren, einschließlich muitivariater Taylorreihenentwicklungen, zum Linearisieren von Berechnungen um einen Arbeitspunkt an.
Das Fahrzeugsystem definiert einen erweiterten Zustand (a g / x ). Da die Schwerkraft ein konstanter Wert ist (9,8 m/s²), ist eine Dynamik erster Ordnung des erweiterten Zustandes gleich null (a . g / x = 0) . Der erweiterte Zustand modelliert die Fahrzeugbeschleunigungsdynamik, die durch Schwankungen im Straßengradienten erregt wird, und der Straßengradient ist bei niedrigen Frequenzen relativ hoch.
Das Gesamtsystemmodell für die Schätzung wird unten gezeigt und wird als Gleichung 11 referenziert: X_k = f(X_k-1, u_k) + ω_k
wobei X_k der Zustand zum Zeitschritt (k) ist, und X_k-1 der Zustand zu einem vorherigen Zeitschritt ist. u_k ist eine Systemeingabe und Y_k ist eine Systemausgabe. ω_k ist das Verfahrensrauschen, ω_ν(k) ist das Verfahrensrauschen, das mit der Geschwindigkeit verbunden ist, und ω_a(k) ist das Verfahrensrauschen, das mit der Beschleunigung verbunden ist. V_x ist die Längsgeschwindigkeit. a g / k(k) ist die Beschleunigung des erweiterten Zustandes auf Grund der Schwerkraft, a s / x(k) ist die gemessene Längsbeschleunigung, und a off / x(k) ist der Beschleunigungsversatz. τ_s ist die Abtastzeit für das obige diskrete Zeitimplementierungsmodell, und T gibt eine Matrixtransformierte an. Auf der Basis des Systemmodells, das in den Gleichungen 11 gezeigt wird, ist ein Beobachter so ausgelegt, dass er den erweiterten Zustand schätzt (a g / x ), und der kinematische Straßengradient wird gemäß Gleichung 12 geschätzt, wie unten gezeigt:
Der Beobachter ist so ausgelegt, dass er ein Standard-Erweitertes Kalman-Filter(EKF)-Systemmodell verwendet, wie durch die Funktion repräsentiert, die oben in Gleichung 11 gezeigt wird, und in Gleichung 13, die beide unten gezeigt werden: X_k = f(X_k–1, u_k) + ω_k Y_k = CX_k + e_k (13) wobei C eine Matrix ist, die eine relativ einfache Matrix in Gleichung 11 ist, und e_k ein unbekanntes Rauschen ist.
Ein EKF wird für nichtlineare Systeme verwendet. Das nichtlineare Systemmodell wird um den aktuellen Zustand herum bei jedem Zeitschritt linearisiert und stellt eine Übergangsmatrix F_k bereit. Die erhaltene Übergangsmatrix F_k wird dann zum Abschließen der Schritte der Standard-EKF-Rekursionen verwendet. Diese Rekursionen werden durch zwei Aktualisierungsschritte beschrieben: einen Vorhersageschritt und einen Messungsaktualisierungsschritt. Beim Vorhersageschritt wird die Systemeingabe zum Vorhersagen des zukünftigen Zustandes des Systems verwendet (X ^_k|k–1) , wie in den Gleichungen 14 und 15 unten gezeigt: 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 die geschätzte Fehler-Kovarianz ist und Q_k die Prozessrausch-Kovarianz ist, die gleich E[ω 2 / k] ist. F_k ist die Jacobi-Determinante und wird durch Gleichung 16 bereitgestellt, wie unten gezeigt: F_k = ∂f / ∂x|x ^_k-1|k–1 (16)
Ein Messungsaktualisierungsschritt wird durch die Gleichungen 17–19 geliefert, wie unten gezeigt: 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 der EKF-Gewinn ist, und R_k die Messungsrauschen-Kovarianz ist, die gleich E[e 2 / k] .
Im Allgemeinen gilt bei einem EKF-System, dass die Prozessrausch-Kovarianz (Q) und die Messungsrausch-Kovarianz (R) nicht a priori bekannt oder unabhängig von der Erfahrung sind. Jedoch konvergieren gut konditionierte Signale, wie zum Beispiel K_k und P_k|k zu Werten, die von Q und R abhängen. Daher kann der konvergierte Wert von K_k aus vorher bestimmten Daten erhalten werden, und er wird direkt für die Echtzeitschätzung verwendet. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Fahrzeugsystem die vertikale Verschiebung bei seiner Schätzung des kinematischen Straßengradienten. Die vertikale Verschiebung (Z) kann vom Navigationssystem von 1 auf der Basis von GPS-Informationen bereitgestellt werden. Die beherrschende kinetische Gleichung des Fahrzeugs im globalen Trägheitsrahmen wird gemäß Gleichung 20 berechnet, wie unten gezeigt: Z . = V_xsinα_r (20)
Das EKF-Systemmodell von Gleichung (11) wird modifiziert, damit sie die vertikale Verschiebung Z(k) enthält, wie in Gleichung 21 unten gezeigt:
wobei a emp / x einen GPS-basierten Beschleunigungsversatz darstellt und a emp / x ist gleich (l_cr . + r·V_y). a emp / x wird als Optimalwertregelungs-Eingabekompensation in Ausführungsformen verwendet, die GPS-Informationen nutzen. Gleichung 21 unterscheidet sich von Gleichung 11 darin, dass Gleichung 21 zwei erweiterte Zustände umfasst: a g / x(k) und a g / x(k) wobei a g / x(k) die Beschleunigung auf Grund des Fahrzeugnickwinkels ist.
Mit Verweis auf 12 wird ein Verfahren zum Schätzen des kinematischen Straßengradienten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 1210 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 1210 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt.
Bei Operation 1212 initialisiert das Fahrzeugsystem die Parameterwerte des Schätzers. Die Schätzerparameterwerte umfassen X_k, u_k und Y_k. Die Schätzerparameterwerte werden initialisiert, indem sie gleich den Standardwerten gesetzt werden. Bei Operation 1214 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob der kinematische Schätzerstatus (STATUS_kin) ein ist. Der Schätzstatusfaktor ist als Boolesche Variable (WAHR/FALSCH) definiert, wobei WAHR anzeigt, dass der Status ein ist, und FALSCH anzeigt, dass der Status nicht ein ist. Ein Statuswert von WAHR zeigt an, dass das Schätzverfahren die dynamischen Fahrzeugstatus (z. B., Vx, a s / x , a s / y , a s / z , und r) und die Straßengradienteninformationen und ihr Schätzkanal aktualisiert werden. Wenn die Bestimmung bei Operation 1214 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1216 fort. Bei Operation 1216 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob Vx größer oder gleich einer Schwellwert-Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeit (Vspd_entry) ist. In einer Ausführungsform ist die Schwellwert-Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeit annähernd 7 km/h. Wenn die Bestimmung bei 1216 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1218 fort. Bei Operation 1218 bewertet das Fahrzeugsystem Vx, um zu bestimmen, ob sie kleiner als eine Schwellwert-Fahrzeugabgangsgeschwindigkeit (Vspd_exit) ist. In einer Ausführungsform ist die Schwellwert-Fahrzeugabgangsgeschwindigkeit annähernd 3 km/h. Wenn die Bestimmung bei Operation 1218 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1220 fort. Bei Operation 1220 setzt das Fahrzeugsystem den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf Pause. Durch Setzen von STATUS_kin auf Pause stoppt das Fahrzeugsystem die Schätzung und behält den aktuellen RGEkin-Wert, statt den Wert zurück auf einen Standardwert zu setzen. Bei Operation 1222 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Geschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob Vx kleiner als eine Schwellwert-Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit (Vspd_stand) ist. Die Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit entspricht der sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, auf die in Spalte 6 von Tabelle A verwiesen wird. In einer Ausführungsform ist die Schwellwert-Fahrzeugstillstandsgeschwindigkeit annähernd 1 km/h. Wenn die Bestimmung bei Operation 1222 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1224 fort und setzt den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf Aus (FALSCH). Wenn die Bestimmung bei Operation 1216 positiv ist oder die Bestimmung bei Operation 1218 negativ ist, dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1226 fort. Die Operationen 1226–1236 betreffen die erweiterten Kalman-Filteroperationen, die oben mit Bezug auf die Gleichungen 11–21 beschrieben werden. Zuerst berechnet das Fahrzeugsystem bei Operation 1226 eine kompensierte Schätzereingabe (u_k). Bei Operation 1228 erhält das Fahrzeugsystem eine neue Systemausgabe (Y_k). Bei Operation 1230 aktualisiert das Fahrzeugsystem den EFK-Status (X_k) auf der Basis des Ausgabevorhersagefehlers, wie oben mit Bezug auf die Gleichungen 14–16 beschrieben. Bei Operation 1232 aktualisiert das Fahrzeugsystem die EKF-Parameterwerte (X_k, u_k und Y_k). Bei Operation 1234 sagt das Fahrzeugsystem die nächste dynamische Systemausgabe Y_k vorher. Dann bei Operation 1236 stellt das Fahrzeugsystem die kinematische Straßengradientenschätzung bereit.
Wenn die Bestimmung bei 1214 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1238 fort. Bei Operation 1238 bewertet das Fahrzeugsystem die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob Vx größer oder gleich der Schwellwert-Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeit (Vspd_entry) ist, die ähnlich der Bestimmung bei Operation 1216 ist. In einer Ausführungsform ist die Schwellwert-Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeit annähernd 7 km/h. Wenn die Bestimmung bei Operation 1238 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1240 fort und setzt den kinematischen Schätzstatus (STATUS_kin) auf Ein (WAHR). Nach Operation 1240 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1226 fort, um mit den EKF-Operationen zu beginnen.
Nach den Operationen 1224 und 1244 und nach negativen Bestimmungen bei den Operationen 1222 und 1238 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1242 fort. Nach Operation 1242 kehrt das Fahrzeugsystem zu Operation 1214 für eine weitere Iteration zurück.
Die 13A–13D sind grafische Darstellungen, die die Auswirkung des Verfahrens 1210 zum Schätzen des kinematischen Straßengradienten illustrieren, wenn ein Fahrzeug auf einer schiefen Ebene anhält. Die 13A–13D umfassen 4 Diagramme von Messdaten, die über eine gemeinsame Zeitdauer erfasst wurden und auf die allgemein durch die Zahl 1310 verwiesen wird. 13A illustriert den Bremsdruck (P_brk), der im Masterzylinder gemäß einer Ausführungsform gemessen wird. In anderen Ausführungsformen wird P_brk innerhalb der Bremsleitungen oder an den Radbaugruppen gemessen. 13B illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx). 13C illustriert die Gangwahl (PRNDL), wobei ein Wert von 3 der Gangwahl Antrieb (D) entspricht. 13C illustriert ebenfalls den Zustand des Bremspedals (S_bp), wobei ein positiver Wert anzeigt, dass die Bremse betätigt ist, und ein Wert von null anzeigt, dass die Bremse losgelassen ist. 13D illustriert den gemessenen Längsbeschleunigungswert (a s / x ), zusammen mit der statischen Straßengradientenschätzung (RGE_st) und die kinematische Straßengradientenschätzung (RGE_kin).
Zur Zeit t₁ beschleunigt das Fahrzeug, wie durch den Anstieg von Vx angezeigt wird. Zur Zeit t₂ beginnt das Fahrzeug langsamer zu werden, wie durch das Abfallen von Vx angezeigt wird. Zur Zeit t₃ stoppt das Fahrzeug. Zur Zeit t₄ beginnt das Fahrzeug wieder mit der Beschleunigung, und zur Zeit t₅ beginnt das Fahrzeug wieder, langsamer zu werden. Die kinematische Straßengradientenschätzung (RGEkin) konvergiert relativ schnell, wie durch die Zahlen 1312 und 1314 angezeigt wird.
Wie mit Bezug auf die Operationen 1222 und 1224 beschrieben, wird der kinematische Schätzstatus (STATUS_kin) auf Aus gesetzt, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine Fahrzeug-Stillstands-Schwellwertgeschwindigkeit verringert (z. B. 1 km/h). Solche Bedingungen werden durch RGE_kin erläutert und durch die Zahl 1320 angezeigt. Nach t₃ wird der Schätzstatus auf Aus gesetzt, wie durch das Fehlen von wahrnehmbarem Rauschen auf RGE_kin bei 1320 dargestellt. Sobald außerdem das Fahrzeug anhält, konvergieren der Status der statischen Straßengradientenschätzung (STATUS_st) und der RGE_st, wie durch die Zahl 1322 angezeigt. Wie bei 1320 gezeigt, ist RGE_kin, obwohl der kinematische Status auf Aus ist, immer noch bei einer genauen Straßengradientenschätzung gesperrt, und RGE_st und RGE_kin liefern im Allgemeinen gleiche Schätzungen von 17,56% Steigung. Vorhandene Verfahren zum Schätzen des Straßengradienten unter Verwendung eines kinematischen Ansatzes nutzen eine abgeleitete Filterstrategie. Zum Beispiel schätzen einige vorhandene Verfahren den Straßengradienten auf der Basis der folgenden longitudinalen kinematischen Fahrzeuggleichung: u . = a_x + rν – gsinθ (22) wobei u . die Ableitung der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit ist, a_x die Fahrzeug-Längsbeschleunigung ist, r die Giergeschwindigkeit ist, v die Fahrzeug-Lateralgeschwindigkeit ist. Ein solcher Ansatz verstärkt jedoch Rauschen auf dem Signal auf Grund der abgeleiteten Berechnung von u ..
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber den vorhandenen Verfahren durch Schätzen des kinematischen Straßengradienten unter Verwendung einer EKF, die für eine Filterstrategie vom integralen Typ sorgt. Solch eine Integrationsstrategie verstärkt nicht das Rauschen auf den Signalen und sorgt daher für eine erhöhte Schätzgenauigkeit mit relativ schneller Konvergenz. Das Fahrzeugsystem schätzt den kinematischen Straßengradienten unter Verwendung einer Optimalwertregelung-Eingabenkompensation, die einem Beschleunigungsversatz entspricht (a off / x ). Der Beschleunigungsversatz wird gemäß Gleichung 23 berechnet, wie unten gezeigt: a off / x = l_cr . + rV_y – gsinθ (23) wobei l_c der laterale Versatz ist, r die Giergeschwindigkeit ist, V_y die Lateralgeschwindigkeit ist und θ der Fahrzeugnickwinkel ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem diese Werte (l_c, V_y und θ) nicht als Eingaben. Vielmehr schätzt das Fahrzeugsystem diese Werte aus anderen Eingaben unter Verwendung einer Reihe von Kompensationsstrategien. In einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Lateralgeschwindigkeit(V_y)-Term von Gleichung 23 unter Verwendung einer Coriolis-Effekt-Kompensationsstrategie, den Lateralversetz(l_c)-Term unter Verwendung einer Sensor-Lateralpositions-Versatzeffekt-Kompensationsstrategie, und den Fahrzeugnickwinkel (θ) unter Verwendung einer Fahrzeugkarosserie-Relativnickwinkel-Kompensationsstrategie.
Das Fahrzeugsystem schätzt den rV_y-Term von Gleichung 23 unter Verwendung einer Coriolis-Effekt-Kompensationsstrategie, die Fahrzeugwendemanöver betrifft. Die Inertialsensoren 52 von 1 liefern die Giergeschwindigkeit, jedoch wird die Lateralgeschwindigkeit (V_y) vom Fahrzeugsystem geschätzt. Es werden zwei Berechnungsverfahren zum Schätzen der Lateralgeschwindigkeit (V_y) bereitgestellt: ein erstes Verfahren, das ein auf Schätzung basierendes Verfahren ist, und ein zweites Verfahren, das ein auf Ableitung basierendes Verfahren ist. Die beiden Verfahren werden auf der Grundlage der Lateraldynamikgleichung 8 bzw. eines Fahrzeug-Quersteifigkeitsparameters bereitgestellt. Des Weiteren werden die beiden Verfahren integriert, um die geschätzte Lateralgeschwindigkeit (V_y) unter fortgesetzten variierenden Fahrzeugfahrbedingungen bereitzustellen. Das erste Verfahren (das auf Schätzung basierende Verfahren) zum Schätzen der Lateralgeschwindigkeit (V_y) wird durch Anwenden der Kleinwinkelapproximation auf Gleichung 8 erhalten und beruht auf der gemessenen Lateralbeschleunigung (a s / y ). Die Lateralgeschwindigkeit (V_y) wird gemäß Gleichung 24 berechnet, wie unten gezeigt: V ._y = a s / y – l_dr . – r·V_x + gϕ_v + gϕ_r (24)
Der Straßendammwinkel (ϕ_r) ist nicht bekannt. Daher wird er als Störung behandelt und aus der Berechnung entfernt. Der Fahrzeugkarosserie-Rollwinkel ϕ_v kann durch die gemessene Lateralbeschleunigung angenähert werden, wie in Gleichung 25 gezeigt: ϕ_v ≈ K_ϕ(a s / y – l_dr .) (25) wobei K_ϕ die Fahrzeugkarosserie-Wanksteifigkeit darstellt.
Gleichung 24 kann vereinfacht werden, wie in Gleichung 26 unten gezeigt: 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 erhält man eine Gleichung zum Berechnen der geschätzten Lateralgeschwindigkeit (V ^_y(k)) , wie durch Gleichung 27 gezeigt: V ^_y(k) = V ^_y(k – 1) + [K_ay(a s / y – l_dr .) – r·V_x]·τ_s (27)
Die gemessene Lateralbeschleunigung (a s / y ) wird allgemein Beschleunigungsstörungen und der Dammwinkelauswirkung ausgesetzt. Daher ist das V_y-Schätzverfahren, das in den Gleichungen 24–27 beschrieben wird, für Kurzzeitintervalle von dynamischen Fahrzeugmanövern geeignet, bei denen große Werte der Lateralbeschleunigung (a s / y ) und Giergeschwindigkeit (r) vorhanden sind, auf Grund der Beschleunigungskomponenten mit niederfrequenter Vorspannung.
Anders als beim ersten Verfahren hängt das zweite Verfahren (das ableitungsbasierte Verfahren) zum Schätzen der Lateralgeschwindigkeit (V_y) nicht von Integration ab. Ein Fließgleichgewichtsgewinn (G_r2β) aus der Fahrzeug-Giergeschwindigkeit (r) zu einem Fahrzeug-Schwimmwinkel (β) kann aus einem linearen Fahrzeugmodell gewonnen werden, wie in Gleichung 28 gezeigt:
wobei M_r die Fahrzeugmasse ist, die auf der Hinterachse verteilt ist, und C_αr eine konzentrierte Hinterachsen-Quersteifigkeit ist.
Da die Lateralgeschwindigkeit (V_y) annähernd gleich dem Produkt aus der Längsgeschwindigkeit (V_x) und dem Fahrzeug-Schwimmwinkel (β) ist, kann eine Gleichung zum Berechnen der Lateralgeschwindigkeit gewonnen werden, wie unten gezeigt: V_y = V_xG_r2βr = (l_r – k_UV 2 / x)·r = K_r(V_x)·r (29) wobei k_U die Quersteifigkeit ist und gleich M_r geteilt durch C_αr.
Daher kann die Lateralgeschwindigkeit durch Gleichung 30 geschätzt werden, wie unten gezeigt: V ^_y = r·(l_r – k_UV 2 / x) = K_r(V_x)·r (30)
Eine Coriolis-Effekt-Kompensationsgleichung wird unten bereitgestellt:
Das zweite Verfahren, wie mit Verweis auf die Gleichungen 28–31 beschrieben, eignet sich für Fahrzeugwendemanöver im Fließgleichgewicht, wo der Schwimmwinkel (β) klein ist.
Das Fahrzeugsystem implementiert eine umfassende RGE_kin-Struktur, die das erste Verfahren (schätzungsbasiert) und das zweite Verfahren (ableitungsbasiert) enthält. Dann wählt das Fahrzeugsystem, welches der beiden Verfahren angewendet werden soll, auf der Basis der dynamischen Fahrzeugbedingungen, die sich in der Giergeschwindigkeit (r) widerspiegeln. Das allgemeine Entwurfskonzept besteht darin, die ableitungsbasierte V_y aus Gleichung 30 zu verwenden, in erster Linie bei einfacher Vorwärtsfahrt und stationären Wendesituationen, aber zur schätzungsbasierten V_y aus Gleichung 27 umzuschalten, bei Vorhandensein einer starken Lateraldynamik des Fahrzeugs (Geschwindigkeit und Beschleunigung). Da nicht zu erwarten ist, dass das Schätzverfahren über eine längere Zeit ausgeführt wird, muss die geschätzte V_y immer dann auf den abgeleiteten Zustand zurückgesetzt werden, wenn während einer fortgesetzten Fahrzeugmanövrieraktion ein stationärer Zustand beobachtet werden kann. Die geschätzte V_y kann ferner durch vorgegebene obere und untere Grenzwerte eingeschränkt werden. Die Ausgangs-V_y wird von einem Tiefpassfilter bereitgestellt.
Mit Verweis auf 14 wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrzeugführungssituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 1410 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 1410 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Verfahren 1410 umfasst eine indizierte laterale Dynamik (ILD), die einer aktuellen Fahrzeugführungssituation entspricht. Die ILD ist definiert als: ILD = |r| + α·|r .| (32) wobei die Variable (α) ein Skalierungsparameter ist. Das Fahrzeugsystem vergleicht die ILD mit zwei Schwellwerten: einem stationären Schwellwert (SST), der dem Ableitungsverfahren entspricht, und einem dynamischen Manövrierschwellwert (DHT), der dem Schätzverfahren entspricht, wobei (SST < DHT) ist. Die Bestimmung wird ferner zusammen mit zwei Zeitgebern ausgeführt, einem stationären Zeitgeber (T_SS) und einem Dynamikfahrzeitgeber (T_dd), die die Dauer zählen, während der ein Fahrzeug in jeder Situation gewesen ist. Die Funktion LPF(x) zeigt eine allgemeine Tiefpassfilterfunktion an. Ein Filter mit gleitendem Durchschnitt ist ein Beispiel für ein Tiefpassfilter, das zum Glätten von diskontinuierlichen Ausgangsübergangseffekten verwendet werden kann.
Bei Operation 1412 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob das Fahrzeug sich in der stationären Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem empfängt ein Flag (SSD_flag), das mit der Fahrsituation verbunden ist. Eine SSD_flag, die gleich eins (1) ist, zeigt eine aktuelle stationäre Fahrsituation an, und eine SSD_flag, die gleich zwei (2) ist, zeigt eine aktuelle dynamische Manövriersituation an. Bei Operation 1412 bewertet daher das System die SSD_flag, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 1412 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1414 fort.
Bei Operation 1414 bewertet das Fahrzeugsystem die indizierte Lateraldynamik (ILD), um zu bestimmen, ob die ILD kleiner als ein stationärer Schwellwert (SST) ist. Der SST entspricht dem Ableitungsverfahren zum Bestimmen der Lateralgeschwindigkeit (V_y), wie oben mit Bezug auf die Gleichungen 28–31 beschrieben. Wenn die Bestimmung bei Operation 1414 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1416 fort und setzt den stationären Zeitgeber (T_ss) zurück, indem T_SS gleich null (0) gesetzt wird. Wenn die Bestimmung bei Operation 1414 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1418 fort.
Bei Operation 1418 erhöht das Fahrzeugsystem den stationären Zeitgeber (T_ss) durch Hochzählen um eine Ausführungszykluszeit (t_s). Bei Operation 1420 bewertet das Fahrzeugsystem den stationären Zeitgeber (T_ss), um zu bestimmen, ob T_ss größer oder gleich einem Einschwingzeitschwellwert (tss_settle) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 1420 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1422 fort und setzt den dynamischen Fahrzeitgeber (T_dd) zurück. Bei Operation 1424 setzt dann das Fahrzeugsystem die Fahrzeugfahrsituation auf stationär, indem es das SSD_flag gleich eins (1) setzt.
Wenn die Bestimmung bei Operation 1412 negativ ist (das Fahrzeug fährt nicht unter stationären Bedingungen), fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1426 fort. Bei Operation 1426 bewertet das Fahrzeugsystem die indizierte Lateraldynamik (ILD), um zu bestimmen, ob die ILD größer der dynamische Manövrierschwellwert (DHT) ist. Der DHT entspricht dem Schätzungsverfahren zum Bestimmen der Lateralgeschwindigkeit (V_y), wie oben mit Bezug auf die Gleichungen 24–27 beschrieben. Wenn die Bestimmung bei Operation 1426 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1428 fort und setzt den dynamischen Fahrzeitgeber (T_dd) durch Setzen von T_dd gleich null (0) zurück. Wenn die Bestimmung bei 1426 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1430 fort.
Bei Operation 1430 erhöht das Fahrzeugsystem den dynamischen Fahrzeitgeber (T_dd) durch Hochzählen um eine Ausführungszykluszeit (t_s). Bei Operation 1432 bewertet das Fahrzeugsystem den dynamischen Fahrzeitgeber (T_dd), um zu bestimmen, ob T_dd größer oder gleich einem Erregungszeitschwellwert (tdd_excite) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 1432 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1434 fort und setzt den stationären Zeitgeber (T_ss) zurück. Bei Operation 1436 setzt dann das Fahrzeugsystem die Fahrzeugfahrsituation auf dynamisches Fahren, indem es das SSD_flag gleich zwei (2) setzt. Nach den Operationen 1416, 1424, 1428 und 1436 und nach einer negativen Bestimmung bei den Operationen 1420 oder 1432 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1438 fort und kehrt dann zu Operation 1412 für eine weitere Iteration zurück.
Mit Bezug auf 15 wird ein Verfahren zum Abschätzen einer Lateralgeschwindigkeit (V_y) eines Fahrzeugs, das auf einer aktuellen Fahrzeugfahrsituation beruht, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und darauf wird allgemein durch die Zahl 1510 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 1510 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Verfahren 1510 weist durch Auswählen eines Verfahrens zum Schätzen der Lateralgeschwindigkeit (V_y) unter einer oder mehreren Verfahren, die oben mit Bezug auf die Gleichungen 24–31 beschrieben werden, entweder das auf Integrationsschätzung basierende Verfahren oder das auf Ableitungsschätzung basierende Verfahren zu.
Bei Operation 1512 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob das Fahrzeug sich in der dynamischen Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem bewertet SSD_flag, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 1512 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1514 fort und (V ^_y) unter Verwendung der Integrationsschätzung, die in Gleichung 27 bereitgestellt wird. Nach Operation 1514 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1516 fort. Bei Operation 1516 filtert das Fahrzeugsystem die geschätzte Lateralgeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert die Ausgabe der Lateralgeschwindigkeit (V_y). Wenn die Bestimmung bei 1512 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1518 fort. Bei Operation 1518 schätzt das Fahrzeugsystem die Lateralgeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung der Ableitungsschätzung, die in Gleichung 30 bereitgestellt wird. Nach Operation 1518 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1516 fort, filtert die geschätzte Lateralgeschwindigkeit (V ^_y) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert die Ausgabe der Lateralgeschwindigkeit (V_y) auf der Basis der Ableitungsschätzung. Nach Operation 1516 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1520 fort und stellt die aktualisierte Lateralgeschwindigkeit (V_y) bereit und kehrt dann zu Operation 1512 zurück.
In einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Lateralversatz(l_c)-Term unter Verwendung einer Sensor-Lateralpositions-Versatzeffekt-Kompensationsstrategie. Der Lateralversatz (l_c) wird durch die folgende Gleichung definiert: l_c = l st / c + h^tϕ_v (33) wobei l st / c ein statischer Sensorinstallationsversatz ist. Die Variable h^tϕ_v ist eine dynamische Fahrzeugkarosserie-Rollkomponente, wobei h^t der Abstand vom Schwerpunkt der gefederten Masse bis zum Rollzentrum ist. Der Fahrzeug-Rollwinkel ϕ_v kann aus einem Rolldynamikmodell oder aus Aufhängungsablenkungen gewonnen werden (in Ausführungsformen, die Sensoren für die Aufhängungsablenkungen haben). In einer oder mehreren Ausführungsformen ϕ_v wird ein stationärer Zustand aus der Giergeschwindigkeit (r) im stationären Zustand abgeleitet, wie unten gezeigt: gbg, ϕ_v = G_r2ϕr (34)
Durch Kombinieren der Gleichungen 33 und 34 und Multiplizieren jeder Seite mit der Ableitung der Giergeschwindigkeit (r .) ergibt sich die folgende Gleichung: l_cr . = l st / cr . + h^tG_r2ϕ·r·r . (35)
In einer dynamischen Fahrsituation wird der Karosserierollwinkel (ϕ_v) approximiert aus der Lateralbeschleunigung (a s / y ) gemäß Gleichung 36, wie unten gezeigt: ϕ_v = G_ay2ϕ(a s / y – l_dr .) (36) Durch Kombinieren der Gleichungen 35 und 36 ergibt sich 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.
Mit Bezug auf 16 wird ein Verfahren zum Abschätzen des Karosserierollwinkels (ϕ_v) auf der Basis einer aktuellen Fahrzeugfahrsituation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und darauf wird durch die Zahl 1610 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 1610 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Verfahren 1610 weist durch Auswählen eines Verfahrens zum Abschätzen des Karosserierollwinkels (ϕ_v), eines unter den zwei Verfahren, die oben mit Bezug auf die Gleichungen 33–37 beschrieben werden, entweder unter Verwendung der Lateralbeschleunigung oder der Giergeschwindigkeit.
Bei Operation 1612 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob das Fahrzeug sich in der dynamischen Fahrsituation befindet. Das Fahrzeugsystem bewertet SSD_flag, um zu bestimmen, ob SSD_flag = 2 ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 1612 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1614 fort und (ϕ ^_v) auf der Basis der Lateralbeschleunigung, wie durch Gleichung 36 gezeigt. Nach Operation 1614 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1616 fort. Bei Operation 1616 filtert das Fahrzeugsystem den geschätzten Karosserierollwinkel (ϕ ^_v) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert eine Ausgabe des Karosserierollwinkels (ϕ_v). Wenn die Bestimmung bei 1612 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1618 fort. Bei Operation 1618 schätzt das Fahrzeugsystem den geschätzten Karosserierollwinkel (ϕ ^_v) auf der Basis der Giergeschwindigkeit, wie in Gleichung 34 bereitgestellt. Nach Operation 1618 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1616 fort, filtert den geschätzten Karosserierollwinkel (ϕ ^_v) unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) und aktualisiert eine Ausgabe des Karosserierollwinkels (ϕ_v). Nach Operation 1616 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1620 fort und liefert den aktualisierten Karosserierollwinkel (ϕ_v) und kehrt dann zu Operation 1612 zurück.
In einer oder mehreren Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Fahrzeugkarosserie-Nickwinkel (θ) unter Verwendung von einer aus drei Kompensationsstrategien. Die verschiedenen Strategien entsprechen der Verfügbarkeit von Sensoren und Genauigkeit. Zum Beispiel schätzt eine erste Strategie den Nickwinkel (θ) auf der Basis der Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit (V_x) und der Fahrzeuglongitudinalbeschleunigung (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 auf Grund der Schwerkraftkomponente a g / x die vom erweiterten Kalman-Filter bereitgestellt wird. Allgemein gilt, je mehr Eingangssignale verwendet werden und je genauer die Quellinformationen sind, desto besser ist die Kompensationsstrategie beim Aufheben des Kopplungseffekts der a g / x Schätzung und desto besser 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 Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit (V_x) und der Fahrzeuglongitudinalbeschleunigung (a s / x ). Eine Niederfrequenzkomponente von θ kann durch ein lineares dynamisches System erster oder zweiter Ordnung angenähert werden. Die Stoß-Nick-Fahrzeugdynamik wird im Allgemeinen durch die Längskräfte verursacht, die auf die Fahrzeugkarosserie gemäß der folgenden Gleichung ausgeübt werden:
wobei θ proportional ist zu K_pa r / x , und M_s ist eine gefederte Fahrzeugmasse, die die Fahrzeugmasse und Nutzlast oberhalb der Aufhängung ist, und h_cg ist die Höhe des Fahrzeug-Schwerpunkts (CG) in vertikaler Richtung über dem Boden. K_f und K_r sind vorgegebene Aufhängungssteifigkeit an der Vorderachse bzw. an der Hinterachse. a r / x ist eine äquivalente reaktive Beschleunigung und a r / x ist gleich a_x + gsinα_r. Ein anfängliches Stoß-Nick-Dynamikmodell beruht auf a r / x und wird unten gezeigt: θ_raw = K_p(V ._x + a g / x) (39)
Eine relative Nickdynamik erster Ordnung wird von Gleichung 40 bereitgestellt, wie unten gezeigt:
die eine Übertragungsfunktion hat von:
wobei D_pitch den allgemeinen Dämpfungseffekt der Aufhängung darstellt und K_pitch die Aufhängungssteifigkeit zum Nickstoß aus der Längskraft darstellt. 17 zeigt ein Diagramm zum Auswählen von D_pitch und K_pitch, das eine Phasenebenen-Gewinnfestlegungsregel verwendet, die allgemein durch die Zahl 1710 repräsentiert wird. Das Diagramm 1710 illustriert acht Bereiche, die um einen Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems zentriert sind. Die x-Achse entspricht V ._x + a g / x und die y-Achse entspricht dem Nickwinkel (θ). Der Nickwinkel θ wird begrenzt durch θ_max und θ_min, wie gezeigt. Im Allgemeinen besteht im normalen Bereich eine lineare Beziehung, jedoch tritt in einem, steiferen Bereich eine nichtlineare Beziehung auf. Die Werte unterscheiden sich leicht zwischen dem Nicken nach vorne und nach hinten. Das Fahrzeugsystem verwendet die zweite Kompensationsstrategie zum Schätzen des Nickwinkels (θ) auf der Basis von V_x, a s / x , und einer Vertikalbeschleunigung (a s / z ). Die Inertialsensoren 52 von 1 stellen die vertikale Beschleunigung bereit (a s / z ) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
Der Einfachheit halber kann die Variable (Ψ) so definiert werden, wie unten gezeigt: Ψ = a s / z + lcr . – (V ._x – r·V_y) (42)
Die folgende Gleichung kann man durch Kombinieren der Gleichungen 7, 9 und 42 und Ersetzen erhalten (α_r + θ):
Gleichung 43 kann vereinfacht werden, indem man den Term hoher Ordnung ignoriert mit θ⁴, wie unten gezeigt: Ψ(V ._x – r·V_y)θ² – 2gV ._xθ + Ψ² + 2g(a s / z – g) = 0 (44)
Eine Gleichung zum Berechnen des relativen Nickwinkels (θ) gemäß der zweiten Strategie erhält man durch Identifizieren der Wurzel von Gleichung 44, wie in Gleichung 45 gezeigt:
Das Fahrzeugsystem verwendet die dritte Kompensationsstrategie zum Schätzen des Nickwinkels (θ) auf der Basis von V_x, a s / x , und der Schwerkraftkomponente a g / x die vom erweiterten Kalman-Filter bereitgestellt wird. Eine Näherungsgleichung wird unten bereitgestellt:
Der Nickwinkel (θ) kann iterativ zusammen mit einem geschätzten Straßengradienten (α_r) durch Regression auf der Basis der folgenden Gleichung identifiziert werden:
wobei a ^ g / x (k = 0) = a g / x(t) aus der Kalman-Filterausgabe ist, die auf einem anfänglichen Kompensationswert von a off / x(t) beruht. Dieser Wert kann null (0), ein anderer zulässiger Wert oder das Regressionsergebnis aus dem vorherigen Zyklus sein. a –off / x(k += 0) = a off / x(t) .
Gleichungen zum Abschätzen des Straßengradienten (α ^_r) und des relativen Nickwinkels (θ) gemäß der dritten Kompensationsstrategie werden von den Gleichungen 48 und 49 geliefert, wie unten gezeigt:
wobei a ^ g / x(∞) und a –off / x(∞) den konvergierten Wert anzeigen von a ^ g / x(k) und a –off / x(k) durch den Regressionsprozess als k → ∞. Konvergenz tritt im Allgemeinen nach 5–10 Iterationen ein.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber den vorhandenen Verfahren durch Schätzung des kinematischen Straßengradienten unter Verwendung des eingabekompensierten Beschleunigungsversatzes, um die Genauigkeit zu verbessern, um Unsicherheiten und Versatz zu entfernen, der durch die laterale Fahrzeugdynamik und ihre Kopplungseffekte verursacht werden. Das Fahrzeugsystem schätzt einen dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn), der auf Eingaben beruht, die der geschätzten Fahrzeugmasse, Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsdrehmoment und Antriebsausgangsdrehmoment) und anderen Zugkräften entsprechen, welche auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und Straßengradientenlast). Im Allgemeinen hat das dynamische RGE geringere Qualitätsbedingungen im Vergleich mit dem statischen und kinematischen RGE, weil es mehr Signale bei seiner Schätzung verwendet, und das Rauschen und Fehler in jedem Signal werden in der endgültigen RGE-Ausgabe vermehrt. Die dynamische RGE hängt jedoch nicht vom Signal der Längsbeschleunigung ab (a s / x ), und daher hat sie eine andere Signalabdeckung als die statische und die kinematische Schätzung. Obwohl die dynamische Straßengradientenschätzung sekundär ist, ist der Schätzteil der Fahrzeugmasse ein nützlicher Parameter für viele Fahrzeugsysteme.
Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Verwendung eines rekursiven Algorithmus der kleinsten Quadrate (RLS) unter bestimmten Fahrzeugbedingungen. Im Allgemeinen ändert sich die Fahrzeugmasse nur, wenn ein Objekt (z. B. ein Passagier) zum Fahrzeug hinzukommt oder sich aus diesem entfernt. Solch eine Änderung tritt normalerweise nur auf, wenn das Fahrzeug angehalten hat. Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse, während sich das Fahrzeug bewegt, unter Verwendung dynamischer Gleichungen und unabhängig von der Straßengradientenschätzung. Durch unabhängiges oder paralleles Schätzen der Fahrzeugmasse und des Straßengradienten verbessert das Fahrzeugsystem die Genauigkeit jeder Schätzung gegenüber vorhandenen Verfahren. Das Fahrzeugsystem schätzt die Fahrzeugmasse unter Verwendung einer Ereignissuchstrategie, wobei die Masse unter Fahrzeugbedingungen geschätzt wird, bei denen das Signal-Rausch-Verhältnis bestimmter Eingaben hoch ist. Das Fahrzeugsystem schätzt dann die Fahrzeugmasse unter Verwendung eines rekursiven Algorithmus der kleinsten Quadrate (RLS) ab, wenn das gesuchte Ereignis eintritt. Das Fahrzeugsystem initialisiert bestimmte Parameter im Massenschätzalgorithmus bei Fahrzeugbedingungen neu, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug anhält), um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen.
Das Fahrzeugsystem schätzt eine Fahrzeugmasse unter Verwendung dynamischer Fahrzeugfahrgestellgleichungen, die auf dem zweiten Newtonschen Gesetz beruhen (ΣF = ma), wie unten angegeben: M_sV ._x = F_pwt – F_brk – F_drag – F_g (50) wobei M_e die geschätzte Fahrzeugmasse ohne Nutzlast (Passagiere oder Ladung) ist, V ._x ist die Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit, F_pwt ist die Vortriebskraft am Ausgang des Triebstrangs, F_brk ist die Bremskraft, F_drag ist die Widerstandskraft und F_g ist die auf die Schwere zurückzuführende Kraft. Gleichung 50 kann umgeschrieben werden, um M_e zu identifizieren, und ferner in Gleichungen aufgetrennt werden, die darauf beruhen, ob ein Gang eingelegt ist oder nicht, wie unten gezeigt:
wobei M_v die geschätzte Fahrzeugmasse ist, die die Fahrzeugmasse ohne Nutzlast (M_e) und die Fahrzeugnutzlasten umfasst. Der Begriff ”eingelegter Gang” gibt an, ob der Antriebsstrang mit den Rädern verbunden ist oder nicht. J_w und J_p sind die Trägheitsmomente an den Rädern bzw. am Antriebsstrang. R_w ist der Radradius. r_p ist das konzentrierte Antriebsstrang-Drehmomentenübertragungsverhältnis und η_p ist die konzentrierte Drehmomentenübertragungseffizienz. J_p, r_p und η_p variieren je nach dem Getriebeverhältnis. Diese Werte variieren auch für hybride Elektrofahrzeuge, die mehrere Antriebsvorrichtungen haben (z. B. Elektromotor und Verbrennungsmotor).
Es wird eine trägheitsabhängige Fahrzeugmasse (M_i) gemäß Gleichung 52 berechnet, wie unten gezeigt:
Eine äquivalente longitudinale Reifenkraft (F_pwt), die auf die Räder wirkt, kann auf der Basis des gesamten Antriebsstrang-Vortriebsmomentes (T_{pwt_whl}) oder des gesamten regenerativen Bremsmomentes (T_{brk_whl}) gemäß Gleichung 53 berechnet werden, wie unten gezeigt:
wobei T_eng und T_mot das Ausgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 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 konzentrierte Parameter des Drehmomentenübertragungsverhältnisses und der Effizienz des Verbrennungsmotors bzw. des Elektromotors.
Eine äquivalente longitudinale Bremskraft (F_brk), die auf die Räder wirkt, kann auf der Basis des gesamten Reibungsbremsmomentes gemäß Gleichung 54 berechnet werden, wie unten gezeigt:
wobei P_brk der effektive Bremsleitungsdruck in den Radbremskammern an den Radgruppen ist. Das ist ein äquivalenter Term, der an allen Rädern bewertet wird, da die einzelnen Radbremskammern einen unterschiedlichen angewendeten Bremsleitungsdruck haben können. K_brk ist der Reibungsbrems-Effektivitätsfaktor, der bestimmt, wie viel Reibungsbremsmoment über die Bremsbeläge für einen gegebenen Bremsdruck realisiert werden kann. Der Wert von K_brk variiert mit den Bremssystembedingungen, wie zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit usw. In einer Ausführungsform entspricht K_brk einer vorgegebenen Konstante. Eine Widerstandskraft (F_drag) kann gemäß Gleichung 55 berechnet werden, wie unten gezeigt: 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 Fahrzeugquerschnittsfläche ist und f_r der Rollwiderstandskoeffizient ist. Eine Last auf dem Fahrzeug auf Grund der Schwerkraft (F_g) kann gemäß Gleichung 56 berechnet werden, wie unten gezeigt: F_g = M_vgsinα_r (56) wobei α_r der Straßengradient ist.
Gleichung 56 kann in die Drehmomentendomäne umgewandelt werden, wie in Gleichung 57 unten gezeigt: T_g = M_vgR_wsinα_r (57) wobei R_w der Radradius ist.
Ein erstes Verfahren wird zum Schätzen der Fahrzeugmasse gleichzeitig mit dem Straßengradienten unter Verwendung kinematischer Gleichungen bereitgestellt, wobei ein Schätzer vom Typ kleinste Quadrate verwendet wird, der auf dem folgenden parametrisierten Modell beruht:
Die Schätzergebnisse für die Fahrzeugmasse (Mv) und den Straßengradienten (a) auf der Basis des Modells von Gleichung 58 werden folgendermaßen erhalten:
Jedoch fügt das Identifizieren von zwei Unbekannten (α_r und M_v) gleichzeitig einen zusätzlichen Fehler den Schätzungen hinzu.
Ein zweiter Ansatz zum Schätzen der Fahrzeugmasse unter Verwendung von kinematischen Gleichungen soll die Fahrzeugmassenschätzung von der Straßengradientenschätzung auf der Basis des folgenden mathematischen Modells trennen:
Die Gleichung kann folgendermaßen vereinfacht werden, wie oben mit Bezug auf Gleichung 10 beschrieben und unten wiedergegeben: V ._x = a_x = a s / x + a off / x – gsinα_r (10) wobei a off / x einen Beschleunigungsversatz darstellt und gleich ist zu (l_cr . + r·V_y – gsinθ) . l_c ist der laterale Versatz, r ist die Giergeschwindigkeit, V_y ist die Lateralgeschwindigkeit und θ ist der Fahrzeugnickwinkel. In einer oder mehreren Ausführungsformen empfängt das Fahrzeugsystem diese Werte (l_c, V_y und θ) nicht als Eingaben. Vielmehr schätzt das Fahrzeugsystem diese Werte aus anderen Eingaben unter Verwendung einer Reihe von Kompensationsstrategien. Die folgende Gleichung wird durch Kombinieren der Gleichungen 61 und 10 gewonnen:
Die Variable (a_δg) stellt die Beschleunigungsstörung dar, die durch Variation des Straßengradienten erregt wird, und kann gemäß Gleichung 63 berechnet werden, wie unten gezeigt:
wobei M_v die Summe aus der Fahrzeugmasse M_e und Fahrzeugnutzlasten ist.
Die Beschleunigungsstörung (a_δg) trägt zum Schätzfehler bei. Wenn die Fahrzeugnutzlast klein ist, kann a_δg ignoriert werden. a_δg kann ebenfalls regressiv kompensiert werden, wenn eine geschätzte Fahrzeugmasse stationär und konvergiert ist. Der Beschleunigungsversatz (a off / x ) kann als Optimalwert-Eingangskompensation bestimmt und verwendet werden, wie oben mit Bezug auf die 14–17 beschrieben.
Gleichung 62 kann umgeformt werden, um M_e und M_v zu identifizieren, wie unten gezeigt:
Die Widerstandskraft (Fdrag) und der Straßengradient (α_r) werden kompensiert, um Fahrzeugmassenschätzungen zu erhalten. Es ist jedoch schwierig, auf Grund des Signalrauschens diese Terme genau zu kompensieren. Diese Terme zeigen langsame dynamische Variationen im Vergleich zu den Variationen, die die longitudinale Fahrzeugdynamik aufweist. Daher können diese Terme als unbekannte Konstanten bei einem kurzdauernden Schätzereignis behandelt werden. Eine Schätzgleichung auf Differenzbasis kann folgendermaßen abgeleitet werden: a i / x(t)M_s = F_whl(t) – F_drag(t) + M_sa_δg(t) (66) a i / x(t + Δt)M_S = F_whl(t + Δt) – F_drag(t + Δt) + M_sa_δg(t + Δt) (67) wobei die Längsbeschleunigung (a i / x ) beim Zeitindex (i) gleich ist (a s / x + a off / x) und die Kraft an den Rädern (F_whl) ist gleich (T_{pwt_whl} – K_brkP_brk)/R_w. Die Variable (t) ist ein Zeitmoment in einem qualifizierten Schätzereignis. Δt ist ein vorgegebener Zeitintervallparameter.
Da F_drag(t) ≈ F_drag(t + Δt) und a_δg(t) ≈ a_δg(t + Δt), kann ein inkrementelles longitudinales Dynamikmodell des Fahrzeugs gewonnen werden, indem die Differenz zwischen den Gleichungen 66 und 67 genommen wird, wie unten gezeigt:
wobei ΔF_whl und Δa i / x die Differenz zwischen den Werten von F_whl und a i / x sind, die im Zeitintervall Δt in einem qualifizierten Schätzereignis bewertet sind. Durch Schätzen der Fahrzeugmasse (M_v) unter Verwendung eines solchen Ansatzes wird die Fahrzeugmassenschätzung von Rauschfaktoren isoliert, wie zum Beispiel: aerodynamisches Rauschen, Rollwiderstand und Straßengradient. Wenn Δt → 0, kann die Gleichung 68 auf ein Ableitungsformat gemäß Gleichung 69 vereinfacht werden, wie unten gezeigt:
Mit Verweis auf 18 wird ein schematisches Blockdiagramm, das ein Verfahren zur kinematischen Fahrzeugmassenschätzung illustriert, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 1810 verwiesen. Das Verfahren 1110 ist in der dynamischen Straßengradientenschätzung (RGE_dyn), Block 426 von 4, enthalten, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Bei Block 1812 empfängt das Fahrzeugsystem Eingaben, einschließlich Beschleunigung (a) Giergeschwindigkeit (r), Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), Bremsdruck (P_brk), Antriebsstrang-Drehmoment (T_pwt) und Bremsmoment (T_brk). Die Eingabe kann direkt von Sensoren empfangen werden, wie mit Bezug auf 1 beschrieben, oder indirekt über den CAN-Bus. Bei Block 1814 bestimmt das Fahrzeugsystem dynamische Masseneingabeparameter Y_k und ϕ_k die eine Systemausgabe bzw.
Systemeingabe repräsentieren. Die Eingabeparameter beruhen auf der berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit (V_x), Längsbeschleunigung (a s / x ), einer Antriebsstrang-Kraft (F_pwt), einer Bremskraft (F_brk) und einem Beschleunigungsversatz (a off / x ). F_pwt und F_brk werden auf der Basis von T_pwt und T_brk berechnet. Bei Block 1816 schätzt das Fahrzeugsystem die dynamische Masse (M_v). Bei Block 1818 bestimmt das Fahrzeugsystem den Beschleunigungsversatz a off / x . Der Beschleunigungsversatz wird als Optimalwert-RGE-Eingabekompensation bereitgestellt. Bei Block 1820 schätzt das Fahrzeugsystem den Straßengradienten α_r.
Das Fahrzeugsystem schätzt die dynamische Fahrzeugmasse (M_v) bei Block 1816 unter Verwendung einer rekursiven Schätzung der kleinsten Quadrate (RLS) gemäß Gleichung 65, 68 oder 69, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die RLS-Schätzung beruht auf dem folgenden parametrisierten Schätzmodell: y = ϕ·θ (70)
Es wird ein Schätzalgorithmus der rekursiven Schätzung der kleinsten Quadrate (RLS) entwickelt, wie unten gezeigt:
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 ist θ im k-ten Ausführungszyklus. Der RLS-Schätzer ist eine Filterungsstrategie, die die geschätzten Daten mittelt, welche auf der Basis des Fehlers zwischen der Messung und der vorhergesagten Modellausgabe aktualisiert werden. Solch eine Schätzstrategie kann verwendet werden, wenn der zu schätzende Parameter in der Natur konstant ist. Zum Einleiten der Schätzung wird P(0) gleich 1 gesetzt. Die Parameter der RLS-Gleichungen 71–73 variieren je nachdem, welche Schätzgleichung für die Fahrzeugmasse 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: θ = M_s ϕ = a s / x + a off / x
Die folgenden Parameter werden verwendet, wenn die RLS-Gleichungen (71–73) auf der Basis der Differenz der Fahrzeugmassenschätzung von Gleichung 68 berechnet werden:
Alternativ werden die folgenden Parameter verwendet, wenn die RLS-Gleichungen (71–73) auf der Basis des Differentials berechnet werden, das auf dem Algorithmus von Gleichung 69 beruht:
Das Fahrzeugsystem verwendet RLS zum Schätzen der Fahrzeugmasse bei bestimmten qualifizierten Fahrzeugereignissen. Es wird der Massenschätzer entwickelt, der auf dem Zustand beruht, wenn die Fahrzeugdynamik vorwiegend longitudinal ist. Das Fahrzeugsystem sucht also nach Zuständen, bei denen der longitudinale Trägheitseffekt des Fahrzeugs im Wesentlichen die entsprechenden Rauschfaktoren dominiert oder das Signal-Rausch-Verhältnis hoch ist. Diese geeigneten Ereignisse treten im Allgemeinen während des Bremsen/Verlangsamens des Fahrzeugs oder während der Beschleunigung des Fahrzeugs auf.
In einer oder mehreren Ausführungsformen stellt das Fahrzeugsystem ein geeignetes Fahrzeugbrems-/-verlangsamungsereignis fest, 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).

In einer oder mehreren Ausführungsformen stellt das Fahrzeugsystem ein geeignetes Fahrzeugbrems-/-verlangsamungsereignis fest, wenn jede der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

1. V_x ≥ C_DynMassPropEntry;
2. a i / x ≥ C_aRGEAxPos;
3. In ≤ 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 zeigt eine Variable, die mit ”C” beginnt, einen Kalibrierparameter an. Die Kalibrierparameter sind vorgegebene Werte, die für ein spezifisches Schätzereignis ausgelegt sind. Die Bedingungen sorgen für eine einstellbare Ausführung von geeigneter, vorwiegend longitudinaler Fahrzeugbewegung. Je strenger die Parameter in Richtung auf eine dynamische Signifikanz abgestimmt werden, desto höher ist die Schätzgenauigkeit, die erreicht werden kann. Solche strengen Parameter reduzieren jedoch das verfügbare Schätzungszeitintervall, da ein geeignetes Ereignis weniger häufig auftritt. Ein geeignetes Schätzereignis hängt also von einem bestimmten Grad von Fahraggressivität ab. Je stärker oder größer die Fahrzeugbeschleunigung oder -abbremsung ist, desto dominanter wird der Trägheitseffekt in der Fahrzeugdynamik angeregt. Das Abstimmen der geeigneten Schätzparameter ist ein Kompromiss zwischen Schätzgenauigkeit und Ereigniseintritt, da aggressives Fahrverhalten während eines normalen Fahrvorgangs weniger üblich ist. Mit Verweis auf 19 wird ein Verfahren zum Schätzen der Fahrzeugmasse gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 1910 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 1910 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Verfahren 1910 ist auf Beschleunigungs- und Brems-/Verlangsamungsereignisse anwendbar und entspricht den Ereignisbedingungen, die oben aufgelistet sind.
Bei Operation 1912 bewertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob Vx größer als ein Schätz-Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeitsschwellwert ist. Operation 1912 entspricht der ersten Ereignisbedingung. Der geschätzte Fahrzeugeinfahrgeschwindigkeitsschwellwert entspricht einem kalibrierten Bremseinfahrgeschwindigkeitsschwellwert (C_DynMassBrkEntry) für das Bremsereignis; und entspricht einem kalibrierten Vortriebs-Einfahrgeschwindigkeitsschwellwert (C_DynMassPropEntry) für das Beschleunigungsereignis. Wenn die Bestimmung bei Operation 1912 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1914 fort. Bei Operation 1914 aktualisiert das Fahrzeugsystem die Schätzmodelleingabe (ϕ) und -ausgabe (Y) auf der Basis des ausgewählten Schätzalgorithmus für die Fahrzeugmasse, wie mit Bezug auf die Gleichungen 74–76 beschrieben. Bei Operation 1916 berechnet das Fahrzeugsystem die Schätzzustandssignale (F ._whl und F .._whl), wie mit Bezug auf die Gleichungen 75 und 76 beschrieben.
Bei Operation 1918 bewertet das Fahrzeugsystem die Längsbeschleunigung (a i / x ) und die Giergeschwindigkeit (r), um zu bestimmen, ob die Fahrzeugdynamik in erster Linie longitudinal ist mit einer ausreichend kleinen Giergeschwindigkeit. Operation 1918 entspricht den zweiten und dritten Ereignisbedingungen. Für ein Bremsereignis ist die Fahrzeugdynamik in erster Linie longitudinal, wenn die Längsbeschleunigung (a i / x ) kleiner oder gleich einem kalibrierten negativen Beschleunigungsschwellwert (C_aRGEAxNeg) ist. Für ein Beschleunigungsereignis ist die Fahrzeugdynamik in erster Linie longitudinal, wenn die Längsbeschleunigung (a i / x ) größer oder gleich einem kalibrierten positiven Beschleunigungsschwellwert (C_aRGEAxPos) ist. Für ein Bremsereignis und ein Beschleunigungsereignis ist die Giergeschwindigkeit (r) ausreichend klein, wenn die Größe der Giergeschwindigkeit (|r|) kleiner oder gleich einem kalibrierten kleinen Giergeschwindigkeitsschwellwert (C_small_yaw) ist. Wenn die Bestimmung bei 1918 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1920 fort.
Bei Operation 1920 bewertet das Fahrzeugsystem die Kraft an den Rädern (Fwhl) zusammen mit höheren Ableitungen der Kraft an den Rädern (F ._whl und F .._whl), um zu bestimmen, ob ein geeignetes Schätzereignis vorhanden ist. Operation 1920 entspricht der vierten Ereignisbedingung.
Für ein Bremsereignis ist die vierte Bedingung erfüllt, wenn: die Radkraft (Fwhl) kleiner als eine kalibrierte Bremskraft (C_Fbrk) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) kleiner als eine Ableitung der kalibrierten Bergauf-Vortriebskraft (C_DFPropUp) ist; und (F .._whl) kleiner als eine zweite Ableitung der kalibrierten Bremskraft (C_D2FBrk) ist. Alternativ kann die vierte Bremsbedingung auch erfüllt sein, wenn 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, wenn: die Radkraft (Fwhl) größer als eine kalibrierte Vortriebskraft (C_FProp) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) kleiner als eine Ableitung der kalibrierten Bergauf-Vortriebskraft (C_DFPropUp) ist; und (F ._whl) größer als eine Ableitung der kalibrierten Bergab-Vortriebskraft (C_DFPropDn) ist; und eine zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) kleiner als eine Ableitung der kalibrierten Bergauf-Vortriebskraft (C_D2FPropUp) ist; und die zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) kleiner als eine zweite Ableitung der kalibrierten Bergab-Vortriebskraft (C_D2FPropDn) ist. Alternativ kann die vierte Beschleunigungsbedingung auch erfüllt sein, wenn die Radkraft (F .._whl) größer als eine zweite kalibrierte Vortriebskraft (C_FProp2) ist; und die Ableitung der Radkraft (F ._whl) größer ist als eine Ableitung der zweiten kalibrierten Vortriebskraft (C_DFProp2); und die zweite Ableitung der Radkraft (F .._whl) größer ist als eine zweite Ableitung der zweiten kalibrierten Vortriebskraft (C_D2FProp2). Wenn die Bestimmung bei Operation 1920 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1922 fort.
Bei Operation 1922 führt das Fahrzeugsystem einen RLS-Fahrzeugmassen-Schätzalgorithmus aus (z. B. unter Verwendung der Gleichungen 71–73). Bei Operation 1924 schätzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmasse (z. B. unter Verwendung von Gleichung 65, 68 oder 69). Nach Operation 1924 oder als Reaktion auf negative Bestimmungen bei Operation 1912, 1918 oder 1920 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 1926 fort und kehrt dann zu Operation 1912 zurück.
Es ist unwahrscheinlich, dass sich die Fahrzeugmasse verändert, während sich das Fahrzeug bewegt. Das Fahrzeugsystem überwacht weiter den Fahrzeugzustand und führt Aktualisierungen der Schätzung bei Vorhandensein eines geeigneten Schätzereignisses aus. Die geschätzte Fahrzeugmasse wird über alle Schätzinstanzen unter der Annahme gemittelt, dass die Fahrzeugmasse konstant ist und das Schätzrauschen ist normalverteilt. Die Fahrzeugmasse kann sich jedoch ändern, wenn sich das Fahrzeug langsam bewegt und wenn es für eine bestimmte Zeitdauer angehalten wird. Unter solchen Fahrzeugbedingungen stellt das Fahrzeugsystem die Empfindlichkeit des RLS-Schätzers auf einen empfindlicheren Zustand ein, so dass eine Änderung der Fahrzeugmasse ohne weiteres festgestellt wird.
Mit Verweis auf 20 wird ein Verfahren zum Zurücksetzen der Fahrzeugmassenschätzparameter gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 2010 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 2010 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Verfahren 2010 setzt die Parameter der Fahrzeugmassenschätzung unter bestimmten Fahrzeugbedingungen zum Einstellen der Empfindlichkeit des RLS-Schätzers zurück.
Bei Operation 2012 bewertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Fahrzeugstopp-Geschwindigkeitsschwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2012 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2014 fort und erhöht oder zählt den Fahrzeugstopp/Stillstandszeitgeber (Tmr_stand) um eine Zykluszeit hoch, und der Stopp/Stillstandszeitgeber fängt an, die Fahrzeughaltedauer aufzuzeichnen. Bei Operation 2016 setzt das Fahrzeugsystem einen Abfahrzeitgeber (Tmr_drive) zurück, indem es Tmr_drive gleich null setzt.
Bei Operation 2018 bewertet das Fahrzeugsystem eine Gesamtzahl von geeigneten Schätzereignissen (Cntr_EstTot), um zu bestimmen, ob Cntr_EstTot größer als ein kalibrierter geschätzter Ereignisschwellwert (C_QuaEstEvnt) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2018 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2020 fort und aktualisiert einen RLS-Schätzungsspeicher (Vmass_memo), indem es Vmass_memo gleich einer aktuellen Fahrzeugmassenschätzung (Vmass_est) setzt. Vmass_est entspricht der Fahrzeugmasse (Vmass_rls), die bei Operation 1924 von 19 geschätzt wurde, und der geschätzten Fahrzeugmasse (Mv) der Gleichungen 65, 68 und 69, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Nach Operation 2020 oder als Reaktion auf eine negative Bestimmung bei Operation 2018 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2022 fort.
Bei Operation 2022 bewertet das Fahrzeugsystem den Stopp/Stillstandszeitgeber (Tmr_stand), um zu bestimmen, ob Tmr_stand größer als ein kalibrierter Stillstandszeitgeber (C_StandstillTm) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2022 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2024 fort und setzt den RLS-Parameter und die Massenschätzungsgrenzen auf ihre Originalwerte zurück. Zum Beispiel kann das Fahrzeugsystem den RLS-Schätzparameter P(k) (aus Gleichung 73) auf seinen Anfangswert P(0) setzen. Bei Operation 2026 setzt das Fahrzeugsystem den gesamten geeigneten Schätzereigniszähler (Enter_EstTot) zurück, indem es Enter_EstTot gleich null setzt. Wenn die Bestimmung bei 2012 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2028 fort. Bei Operation 2028 bewertet das Fahrzeugsystem die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), um zu bestimmen, ob Vx größer als ein Abfahrgeschwindigkeitsschwellwert ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2028 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2030 fort und erhöht oder zählt den Fahrzeug-Abfahrzeitgeber (Tmr_drive) um eine Zykluszeit hoch und der Abfahrzeitgeber beginnt, die Fahrzeugbewegungsdauer aufzuzeichnen. Bei Operation 2032 bewertet das Fahrzeugsystem den Abfahrzeitgeber (Tmr_drive) und den Stopp/Stillstandszeitgeber (Tmr_stand), um zu bestimmen, ob Tmr_drive größer als ein kalibrierter Abfahrzeitgeber (C_StandstillTm) ist und ob Tmr_drive größer als null ist. Wenn die Bestimmung bei 2032 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2034 fort. Bei Operation 2034 setzt das Fahrzeugsystem einen Stopp/Stillstandszeitgeber (Tmr_stand) zurück, indem des Tmr_stand gleich null setzt. Nach Operation 2026 und 2034 oder als Reaktion auf negative Bestimmungen bei Operation 2022, 2028 oder 2032 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2336 fort und kehrt dann zu Operation 2012 zurück.
Ein kurzes oder flüchtiges geeignetes Schätzereignis ist nicht für eine Fahrzeugmassenschätzung ausreichend. Im Allgemeinen erfüllt ein flüchtiges Ereignis nicht die zweite Bedingung, die die longitudinale Trägheit betrifft. Doch auch wenn ein solches flüchtiges Ereignis die zweite Bedingung erfüllt, entfernt das Fahrzeugsystem immer noch ein flüchtiges Ereignis aus den Schätzergebnissen, weil es einen bestimmten Zeitraum des Vorhandenseins einer Schätzung dauert, bevor die geschätzte Fahrzeugmasse anfängt zu konvergieren. Die geschätzte Fahrzeugmasse wird aktualisiert, wenn eine ausreichende Zahl von Schätzvorgängen beobachtet worden ist.
Mit Verweis auf 21 wird ein Verfahren zum Aktualisieren der Fahrzeugmassenschätzparameter gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und auf dieses wird im Allgemeinen durch die Zahl 2110 verwiesen. Das Verfahren wird unter Verwendung von Softwarecode, der im VSC enthalten ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 2110 in anderen Fahrzeugcontrollern implementiert oder auf mehrere Fahrzeugcontroller verteilt. Das Verfahren 2110 aktualisiert den Stand der Fahrzeugmassenschätzung, wenn das geeignete Schätzereignis ein vorgegebenes Zeitintervall überschreitet. Bei Operation 2112 bestimmt das Fahrzeugsystem, ob ein geeignetes Schätzereignis vorhanden ist. Operation 2112 entspricht den Operationen 1912–1920 von 19. Wenn die Bestimmung bei Operation 2112 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2114 fort und berechnet Vmass_rls, wie in Operation 1924 beschrieben. Bei Operation 2116 erhöht das Fahrzeugsystem einen Schätzvorgangszähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Bei Operation 2118 bewertet das Fahrzeugsystem den Schätzvorgangszähler (Cntr_est), um zu bestimmen, ob Cntr_est größer oder gleich einem kalibrierten Zeitintervallschwellwert (C_EstEvnt4Update) ist, der einem ausreichenden Schätzvorgang für ein Schätzereignis entspricht. Wenn die Bestimmung bei Operation 2118 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2120 fort und aktualisiert einen Schätzaktualisierungszustand (Vmass_update), indem es Vmass_update gleich dem aktuellen Fahrzeugmassenschätzzustand (Vmass_rls) setzt.
Bei Operation 2122 bewertet das Fahrzeugsystem den Schätzvorgangszähler (Cntr_est), um zu bestimmen, ob Cntr_est gleich dem kalibrierten Zeitintervallschwellwert (C EstEvnt4Update) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2122 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2124 fort und erhöht den Schätzvorgangszähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Wenn die Bestimmung bei Operation 2122 positiv ist, erhöht das Fahrzeugsystem den kumulativen Zähler (Cntr_EstTot) um Cntr_est, der bei jedem Vorgang in geeigneten Schätzereignissen hochzählt.
Bei Operation 2128 bewertet das Fahrzeugsystem eine akkumulierte Zahl von geeigneten Schätzereignissen (Cntr_EstTot), um zu bestimmen, ob Cntr_EstTot größer als ein kalibrierter Schätzereignisschwellwert (C_QuaEstEvnt) ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2128 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2130 fort und setzt die dynamische Massenschätzungsausgabe (Vmass_est) gleich dem RLS-Schätzzustand (Vmass_rls). Wenn die Bestimmung bei Operation 2128 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2132 fort und setzt die dynamische Massenschätzungsausgabe (Vmass_est) gleich dem gespeicherten Schätzungsspeicherwert (Vmass_memo).
Wenn die Bestimmung bei Operation 2112 negativ ist, ein geeignetes Schätzereignis nicht vorhanden ist, dann fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2134 fort. Bei Operation 2134 verringert das Fahrzeugsystem einen Schätzvorgangszähler (Cntr_est) um eine Zykluszeit. Bei Operation 2136 bewertet das Fahrzeugsystem den Schätzvorgangszähler (Cntr_est), um zu bestimmen, ob Cntr_est kleiner oder gleich null ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2136 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2138 fort und setzt den gegenwärtigen Fahrzeugmassenschätzzustand (Vmass_rls) gleich dem Schätzaktualisierungszustand (Vmass_update). Nach Operation 2130, 2132, 2138 oder als Reaktion auf eine negative Bestimmung bei Operation 2136 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2140 fort und kehrt dann zu Operation 2112 zurück.
Mit Bezug auf 22 begrenzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmassenschätzung unter Verwendung von dynamischen Grenzwerten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Vorhandensein eines einzigen ungenauen Fahrzeugmassenschätzungsvorgangs kann den Schätzzustand verzerren. Daher richtet das Fahrzeugsystem Grenzwerte ein, um verzerrte und unangemessene Schätzergebnisse zu vermeiden, die durch bestimmte Rauschfaktoren im Schätzprozess verursacht werden. Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, setzt das Fahrzeugsystem eine obere Grenze (Ubd) und eine untere Grenze (Lbd). Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht die obere Grenze (Ubd) einem maximalen Bruttofahrzeuggewicht (GVW), welches das Fahrzeug, Insassen und Ladung umfasst; und die untere Grenze (Lbd) entspricht einem Wert, der kleiner als das Fahrzeugleergewicht ist, das nur das Fahrzeug umfasst. Wie in 22 gezeigt, entspricht Ubd einem GVW von annähernd 2.500 kg, und das Lbd entspricht einem Leergewicht von annähernd 1.700 kg unter Anfangsbedingungen, mit einer Differenz von annähernd 800 N bei (Zeit = 0 s).
Die Grenzwerte sind insofern dynamisch, dass sie zur geschätzten Fahrzeugmasse konvergieren. Da die Fahrzeugmasse sich nicht ändert, während sich das Fahrzeug bewegt, verengen sich die Grenzwerte oder konvergieren zu einem beweglichen Durchschnitt der geschätzten Fahrzeugmasse derart, dass die Differenz zwischen den beiden Grenzwerten sich verringert, wenn mehr Schätzinformationen verfügbar werden, um unangemessene Fahrzeugmassenschätzungen auszufiltern. Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, hat sich zum Beispiel bei der Zeit 150 s Ubd auf annähernd 2.200 N verringert, und Lbd hat sich auf annähernd 1.750 N erhöht, bei einer Differenz von annähernd 450 N.
Die Schätzgrenzen werden auf die ursprünglichen oberen und unteren Grenzwerte zurückgesetzt, wenn die Rücksetzbedingung erfüllt ist, wie oben mit Bezug auf 20 beschrieben. Außerdem konvergieren die Grenzen, während das Fahrzeug geeignete Schätzaktualisierungen sammelt. Wie oben mit Bezug auf 21 beschrieben, umfasst das Fahrzeugsystem einen Zähler (Cntr_est), der jedes Mal erhöht wird, wenn ein geeignetes Beschleunigungs- oder Verlangsamungsereignis eintritt. Ein Massenschätzereignisflag (Mevent) wird in 22 illustriert und mit den anderen Signalen derart skaliert, dass Mevent gleich ”NQ” ist, wenn kein geeignetes Ereignis festgestellt wird, Mevent ist gleich ”QA”, wenn ein geeignetes Beschleunigungsereignis festgestellt wird (z. B. an Punkt 2212); und Mevent ist gleich ”QB”, wenn ein geeignetes Bremsereignis festgestellt wird (z. B. an Punkt 2214). Sobald ein geeignetes Ereignis festgestellt wird, beginnt der Zähler hochzuzählen, einmal pro Ausführungszyklus. Sobald die Gesamtzahl von Zählereignissen einen vorgegebenen Wert übersteigt, setzt das Fahrzeugsystem die anfängliche geschätzte Fahrzeugmasse gleich der geschätzten RLS-Masse, auf die die Zahl 2216 verweist.
Mit Verweis auf 23 konvergiert die geschätzte Masse zu einer tatsächlichen Fahrzeugmasse, wenn das Fahrzeugsystem mehr Fahrzeugmasseninformationen ansammelt. 23 stellt Testergebnisse dar, die an einem Fahrzeug gewonnen wurden, das eine bekannte Masse hat, die durch die tatsächliche Massenwellenform repräsentiert wird (Mass_actual). 23 umfasst auch die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) und die Wellenform des geeigneten Ereignisflags (Mevent). Mevent ist gleich ”NQ”, wenn kein geeignetes Ereignis festgestellt wird; Mevent ist gleich ”QA”, wenn ein geeignetes Beschleunigungsereignis festgestellt wird, und Mevent ist gleich ”QB”, wenn ein geeignetes Bremsereignis festgestellt wird. Die geeigneten Bremsereignisse entsprechen der Fahrzeugverlangsamung, auf die mit der Nummer 2312 verwiesen wird. Auf die anfängliche geschätzte Fahrzeugmasse (Vmass_est) wird durch die Zahl 2314 verwiesen. Die geschätzte Fahrzeugmasse (Vmass_est) konvergiert zur tatsächlichen Masse (Mass_actual), wenn zusätzliche Informationen angesammelt werden, wie durch die Zahl 2316 referenziert.
24 ist eine weitere grafische Darstellung, die die Fahrzeugmassenschätzung erläutert. Obwohl der Fahrzeugmassenschätzwert (Vmass_est) zur tatsächlichen Masse (Mass_actual) mit der Zeit konvergiert, wenn zusätzliche Informationen festgestellt werden, kann der Fahrzeugmassenschätzwert sich abseits von der tatsächlichen Masse einstellen, wenn Rauschen auf den Eingangssignalen liegt, wie durch die Zahl 2412 referenziert wird. Zum Beispiel wird in einer oder mehreren Ausführungsformen die Fahrzeugmasse auf der Basis einer Widerstandskraft (Fdrag) geschätzt, wie oben mit Bezug auf Gleichung 65 beschrieben. Die Genauigkeit des Widerstandsschätzwertes verringert sich unter bestimmten Fahrzeugbedingungen (z. B. starker Wind). Die Grenzen, die mit Bezug auf 22 beschrieben wurden, reduzieren die Auswirkung solcher Rauschbedingungen durch Begrenzen der geschätzten Fahrzeugmasse.
Das Fahrzeugsystem kann einen dynamischen Straßengradienten auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse schätzen, zum Beispiel durch Anwenden der Gleichung 60. Außerdem kann die geschätzte Fahrzeugmasse für andere Fahrzeugsysteme verwendet werden, wie zum Beispiel Bremsanwendungs- und -lösungsfeststellung (BARD) für Mikro-HEVs, die eine Start/Stoppfunktionalität haben.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile durch Abschätzen der Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Verwendung einer Ereignissuchstrategie. Die Masse wird unter Fahrzeugbedingungen oder bei geeigneten Ereignissen abgeschätzt, bei denen das Signal-Rausch-Verhältnis bestimmter Eingaben hoch ist. Das Fahrzeugsystem schätzt dann die Fahrzeugmasse unter Verwendung eines rekursiven Algorithmus der kleinsten Quadrate (RLS) ab, wenn das gesuchte Ereignis eintritt. Das Fahrzeugsystem initialisiert bestimmte Parameter im Massenschätzalgorithmus bei Fahrzeugbedingungen neu, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug anhält), um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen. Das Fahrzeugsystem schätzt den dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn) auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse. Im Allgemeinen hat das dynamische RGE geringere Qualitätsbedingungen im Vergleich mit dem statischen und kinematischen RGE, weil es mehr Signale bei seiner Schätzung verwendet, und das Rauschen und Fehler in jedem Signal werden in der endgültigen RGE-Ausgabe vermehrt. Jedoch verlässt sich das dynamische RGE nicht auf das Längsbeschleunigungssignal und hat daher eine andere Signalerfassung als die statischen und die kinematischen Schätzungen. Außerdem schätzt das Fahrzeugsystem die Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung, wodurch Rauschen in RGE_dyn in der Fahrzeugmassenschätzung isoliert wird.
Wie oben beschrieben, bestimmt das Fahrzeugsystem, mit Bezug auf 4, einen Qualitätsfaktor für jeden statischen, kinematischen und dynamischen RGE-Algorithmus, die durch die folgenden Variablen referenziert werden: QF_st, QF_kin bzw. QF_dyn. Das Fahrzeugsystem bestimmt auch einen Gesamt-RGE-Qualitätsfaktor (QF_RGE). Da jeder RGE-Algorithmus von verschiedenen Eingabesignalen abhängt, haben sie alle verschiedene Bereiche und Verfügbarkeit.
Der Schätzungsqualitätsfaktor für die RGE-Ausgabe sowie der für jeden RGE-Algorithmus (statisch, kinematisch und dynamisch) entspricht einem Wert zwischen 0 und 3 und wird durch Variablen repräsentiert (QF_RGE, QF_st, QF_kin und QF_dyn). Allgemein bewertet ein Qualitätsfaktor sowohl die Verfügbarkeit wie auch die Genauigkeit der geschätzten Informationen. Der Qualitätsfaktor (QF) wird aus einem Bereich von 0–3 ausgewählt, wobei ein Qualitätsfaktor von drei (3) volle Qualität anzeigt, wo die Schätzbedingung erfüllt ist. Ein Qualitätsfaktor von zwei (2) zeigt eine verschlechterte Qualität an, wenn die Schätzbedingung nicht vollständig erfüllt ist, aber der Schätzzustand nicht zu weit von seinem Sollwert abweicht. Ein Qualitätsfaktor von eins (1) zeigt an, dass keine geeignete Schätzung in der Nähe der momentanen Stelle erreicht wurde und dass der Schätzzustand keine ausreichende Konvergenz erreicht hat; ein Qualitätsfaktor von null zeigt an, dass eine Schätzung nicht verfügbar ist. Das Fahrzeugsystem bewertet die Qualität des RGE-Eingangssignals und die Verarbeitung, die durch die Zahlen 414 und 412 in 4 referenziert werden. Die Fahrzeuglängsbeschleunigung ist ein Eingangssignal 414 und wird von einem Trägheitsssensor 52 gemessen (in 1 gezeigt). Das Eingangssignal wird als gutes Signal betrachtet, wenn sein Qualitätsfaktor (QF) gleich drei (3) ist und das Signal innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, z. B. +/–2 g. Das Eingangssignal mit in seinem letzten Wert hoher Qualität verriegelt, wenn sich seine Qualität verschlechtert, und wird auf einen Standardwert zurückgesetzt, wenn die verschlechterte Qualität länger als einen Zeitschwellwert bestehen bleibt. Andere Eingangssignale, wie Bremsmoment, Antriebsstrang-Drehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit, Giergeschwindigkeit usw. werden alle auf dieselbe Weise verarbeitet.
Der statische RGE-Algorithmus schätzt den Straßengradienten auf der Basis der Eingabe der Längsbeschleunigung (a s / x ). Der statische RGE ist für Fahrzeugstandbedingungen geeignet, wie zum Beispiel Motorstart/Stopp-Funktionalität, wenn ein Mikrohybrid auf einer schiefen Ebene angehalten wird. Das Fahrzeugsystem bewertet die statische RGE-Qualität auf der Basis der Stabilität des Messsignals des Beschleunigungssensors. Die Sensorstabilität wird durch den Grad der Signaloszillation und -variation im Vergleich mit Schwellwerten in ihrer gefilterten Ableitung erster Ordnung angezeigt. Die höchste Qualität wird erreicht, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist und die Fahrzeugkarosserie so stabilisiert ist, dass die Ausgabe des Beschleunigungsmessers dem konvergierten stationären Zustand nahekommt. Ein höherer Oszillationsgrad verschlechtert die Schätzqualität und ist nicht mehr verfügbar, wenn die vorherige kinematische Schätzung den Anfangswert der statischen Schätzung beim aktuellen Fahrzeugstoppereignis nicht setzen kann.
Der kinematische RGE-Algorithmus schätzt den RGE auf der Basis einer Eingabe, die den kinematischen Eigenschaften des Fahrzeugs entspricht, einschließlich der Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungen und Giergeschwindigkeit. Der Algorithmus verarbeitet die Eingabe unter Verwendung eines Kalman-Filters. Der kinematische RGE-Algorithmus ist für normale Fahrzeugbewegungsbedingungen (z. B. Vx > 5 km/h) geeignet, weil einige der zugrundeliegenden Berechnungen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine geringe Genauigkeit aufweisen. Außerdem ist der Kalman-Filter ein dynamischer Filter, eine gute Abschätzung steht normalerweise nicht zur Verfügung, bis der Schätzzustand konvergiert hat. Die Ausregelzeit hängt von der Differenz zwischen dem Anfangszustand und dem wahren Straßengradientenzustand sowie den folgenden Schätzbedingungen ab: Reichhaltigkeit der Signalfrequenzkomponenten und Signal-Rausch-Verhältnis usw. Das Fahrzeugsystem bewertet die Qualität der kinematischen RGE auf Grund der Beurteilung der Qualität ihrer Eingangssignale, ihres Schätzzustandes, Fahrzeugzustandes sowie der Schätzungseinschwingdauer.
Der dynamische RGE-Algorithmus 426 schätzt RGE auf der Basis der Eingabe ab, die der Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehmomenten (Bremsdrehmoment und Antriebsausgangsdrehmoment) und anderen Zugkräften entsprechen, welche auf das Fahrzeug einwirken (z. B. aerodynamischer Widerstand, Rollwiderstand und Straßengradientenlast). Im Allgemeinen hat das dynamische RGE geringere Qualitätsbedingungen im Vergleich mit dem statischen und kinematischen RGE, weil es mehr Signale bei seiner Schätzung verwendet, und das Rauschen und Fehler in jedem Signal werden in der endgültigen RGE-Ausgabe vermehrt. Analog zum kinematischen Algorithmus wird die Qualität der dynamischen RGE-Schätzung ebenfalls über ihr Eingangssignal, Schätzzustand, Fahrzeugzustände, Schätzungseignungsbedingungen und Schätzungskonvergenz/Einschwingzeitdauer bewertet.
Die Signale, die dem der Schätzvorrichtung auf der Basis des Kalman-Filters (z. B. RGE_kin) zugeführt werden, werden in zwei Gruppen zusammengefasst: die primären Signale und die Stützsignale. Die primären Signale werden zum Berechnen der Eingaben und Ausgaben der Systemgleichung der Schätzvorrichtung verwendet. Die Stützsignale werden zum Einstellen des Schätzvorrichtungsmodus oder der -parameter verwendet, so dass sie an unterschiedliche Fahrsituationen angepasst werden. Wenn primäre Signale nicht in Ordnung sind (z. B. QF < 3), fängt das Schätzergebnis an, vom wahren Wert abzuweichen. Das Fahrzeugsystem bewertet die Auswirkung des verschlechterten Signals auf den Schätzzustand durch Zählen der Zeitdauer, während verschlechterte primäre Signale vorhanden sind, auf die durch die Variable T_dgd verwiesen wird. Das Fahrzeugsystem interpoliert auch einen Verschlechterungsauswirkungsfaktor C_dgi in Bezug auf T_dgd. Solch eine Interpolation kann auf vorgegebenen Daten beruhen, die in einer Verweistabelle gespeichert sind. Im Allgemeinen besteht das Prinzip der Bestimmung von C_dgi darin, dass je länger die verschlechterten primären Signale vorhanden sind, desto stärker ist die negative Auswirkung auf die Schätzergebnisse. Eine Schätzqualitätsindexvariable (q c / est ) wird gemäß Gleichung 77 berechnet, wie unten gezeigt: q c / est = T_dgd·C_dgi (77)
Alternativ kann ein vorkalibrierter Wert von q_est verwendet werden, und der Schätzprozess wird bei Vorhandensein verschlechterter primärer Signale in der Schätzvorrichtung angehalten.
Nachdem die primären Signale alle wieder eine gute Qualität annehmen, konvergiert die Schätzung nicht sofort zum wahren Schätzungszielzustand zurück. Die Schätzergebnisse können nach dem Auftreten einer Konvergenzphase vertrauensvoll genutzt werden. Um die Konvergenzphase zu repräsentieren, wird ein abnehmender Faktor, f_dgi so ausgelegt, dass er einen Wert zwischen 0 und 1 annimmt, der den Wert von q_est verringert, welcher aus einem vorherigen Ereignis mit verschlechtertem Signal gespeichert wurde, so dass: q 0 / est = q 0 / est·f_dgi (78)
Diese Berechnung wird in jedem Kontrollimplementierungszyklus wiederholt, um allmählich den Wert von q_est auf null zu verringern.
In jedem Moment kann das Vorhandensein einer Erhöhung der Auswirkung gleichzeitig mit Verringerung der Auswirkung aus einem vorherigen Ereignis auftreten. Der endgültige Schätzqualitätsindex wird daher durch den Maximalwert bestimmt aus q 0 / est und q c / est d. h. q_est = max(q 0 / est, q c / est) .
Mit Bezug auf 25 wird ein Verfahren zum Schätzen der Qualität einer Kalman-Schätzvorrichtung oder einer dynamischen RLS-Massenschätzvorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen illustriert, und darauf wird allgemein mit der Zahl 2510 verwiesen.
Bei Operation 2512 bewertet das Fahrzeugsystem ein Straßengradientenschätzungs(RGE)-Signal, um zu bestimmen, ob die Schätzung verriegelt ist. Eine RGE ist verriegelt, wenn sie nicht aktualisiert wird. Die RGE kann bei ihrem letzten Wert hoher Qualität verriegelt werden, wenn sich ihre Qualität verschlechtert. Wenn die Bestimmung bei Operation 2512 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2514 fort und verriegelt den Qualitätsfaktor der bewerteten Schätzung (QF_est) bei ihrem aktuellen Wert. Die Variable QF_est ist ein allgemeiner Wert, der dem Qualitätsfaktor für kinematische oder dynamische Straßengradientenschätzungen entspricht. Wenn der Schätzalgorithmus eine geeignete Schätzbedingung nicht erfüllt und die Schätzung verriegelt ist, wird ihre zugehörige Qualitätsbewertung ebenfalls verriegelt, bis ein nächstes Schätzereignis auftritt. Wenn die Bestimmung bei 2512 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2516 fort.
Bei Operation 2516 bewertet das Fahrzeugsystem das Straßengradientenschätzungs(RGE)-Signal, um zu bestimmen, ob die Schätzung aktiv ist. RGE ist aktiv, wenn sie aktualisiert wird. Wenn die Bestimmung bei Operation 2516 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2518 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, der ”keine Daten” entspricht, z. B. QF = 0). Wenn die Bestimmung bei 2516 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2520 fort.
Bei Operation 2520 vergleicht das Fahrzeugsystem den bewerteten Qualitätsindex (q_est), wie oben mit Bezug auf die Gleichungen 77 und 78 beschrieben, mit einem OK-Schwellwertparameter (Q_EST_ok), um zu bestimmen, ob q_est kleiner als Q_EST:ok ist; und es gibt keine Verschlechterung des Stützsignals. Wenn die Bestimmung bei Operation 2520 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2522 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, der ”OK” entspricht (z. B. QF = 3). Wenn die Bestimmung bei 2520 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2524 fort.
Bei Operation 2524 vergleicht das Fahrzeugsystem den bewerteten Qualitätsindex (q_est) mit einem FAULT-Schwellwertparameter (Q_est_degrade), um zu bestimmen, ob q_est größer oder gleich Q_est_degrade ist. Wenn die Bestimmung bei Operation 2524 positiv ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2524 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, der ”FAULT (Fehler)” entspricht. Wenn die Bestimmung bei Operation 2524 negativ ist, fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2528 fort und setzt den Qualitätsfaktor auf einen Wert, der ”DEGRADED (verschlechtert)” entspricht (z. B. QF = 2). Nach den Operationen 2514, 2518, 2522, 2526 und 2528 fährt das Fahrzeugsystem mit Operation 2530 fort und kehrt dann zu Operation 2512 zurück.
Mit Bezug auf die 26A–26C überwacht das Fahrzeugsystem Variationen in der kinematischen Straßengradientenschätzung (RGE_kin). Die 26A–26C umfassen 3 Diagramme von Messdaten, die über eine gemeinsame Zeitdauer erfasst wurden und auf die allgemein durch die Zahl 2610 verwiesen wird. 26A illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx), 26B illustriert einen aktuellen Straßengradienten (RGE_ref) zusammen mit einem geschätzten Straßengradienten (RGE_EST). Die RGE_EST entspricht einer vermittelten Ausgabe (RGE_out) von RGE_st, RGE_kin und RGE_dyn gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. 26C illustriert den berechneten prozentualen Fehler zwischen RGE_EST und RGE_ref.
Die Schätzung auf Kalman-Filterbasis, wie der für RGE_kin verwendeten, nimmt an, dass der Straßengradientenzustand stabil ist und dicht bei einem konstanten Zustand in einer kurzen Zeitdauer oder Distanz liegt. Diese Annahme ist im Allgemeinen wahr, weil die meisten Straßen keine schnellen Änderungen im Straßengradienten aufweisen. Wie in den 26B und 26C gezeigt, kann jedoch ein großer Schätzfehler bei Übergängen zwischen verschiedenen Straßengradienten auftreten. Zum Beispiel ändert sich der Straßengradient von annähernd 0% auf annähernd 7%, worauf durch die Zahl 2612 verweisen wird. Ein im Allgemeinen großer Schätzfehler ist an diesem Übergang vorhanden, worauf durch die Zahl 2614 verwiesen wird.
Das Fahrzeugsystem umfasst ein Verfahren (nicht dargestellt) zum Überwachen einer Schätzungsvariation, um die Schätzqualität (-genauigkeit) auf der Basis der Größe der Straßengradientenvariation zu bestimmen. Bei diesem Verfahren wird eine Ableitung des geschätzten Straßengradienten berechnet (RGE_EST). Es wird eine Übergangsperiode identifiziert, wenn die Ableitung (RGE_EST) größer als eine Schwellwertschätzung ist und ein solcher Zustand länger als eine vorgegebene Zeitdauer wahr ist, ist die Übergangsperiode identifiziert. Anschließend wird die Schätzqualität (QF) auf ein verschlechtertes Niveau reduziert (QF = 2), wenn kein anderer Verschlechterungsfaktor gleichzeitig vorhanden ist. Eine solche Verschlechterung wird aufgehoben, wenn das Stützsignal sich auf einen niedrigen Wert für eine weitere Einschwingperiode einschwingt. Im Allgemeinen informiert dieses Verfahren andere Fahrzeugsysteme, die die RGE-Ausgabe verwenden, dass die Schätzung nicht vollkommen genau ist in der Übergangszeit, wenn der Straßengradient sich in kurzer Zeit beträchtlich verändert.
Die Straßengradientenschätzungen sind nicht bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten verfügbar, wie in Spalte 6 von Tabelle A gezeigt. Obwohl bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. weniger als 5 km/h) keine Schätzungen verfügbar sind, liefert das Fahrzeugsystem immer noch eine genaue Straßengradientenschätzung während solcher Bedingungen. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, die von einem Sensorsignal, oder abgeleitet von demselben, geliefert wird (z. B. Radgeschwindigkeitssensoren oder GPS), nicht genau. Das Fahrzeugsystem stoppt die Schätzung bei solchen Geschwindigkeiten, um eine Fortpflanzung dieser Ungenauigkeit in der Straßengradientenschätzung (z. B. RGEkin und RGEdyn) zu vermeiden, und verriegelt den Schätzvorrichtungszustand bei seinem letzten geeigneten Schätzergebnis.
Ein Fahrzeug kann bei solchen sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten über eine längere Strecke fahren. Daher kann sich der tatsächliche Straßengradient ändern, nachdem RGE gestoppt wurde. Unter solchen Bedingungen verringert sich die Genauigkeit der verriegelten RGE-Ausgabe. Daher reduziert das Fahrzeugsystem die zugehörige Schätzqualität entsprechend. Das Fahrzeugsystem definiert zwei Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellwerte, (V_stp und V_exit), die einen Fahrzeugstoppgeschwindigkeitsschwellwert bzw. einen Fahrzeugauslaufgeschwindigkeitsschwellwert darstellen. Wobei V_stp größer als V_exit ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) kleiner als V_stp ist, stoppt das Fahrzeugsystem (das einen Schätzalgorithmus auf der Basis eines Kalman-Filters (oder ein Filter vom Typ der kleinsten Quadrate) verwendet) das Schätzen durch Verriegeln aller Schätzzustände. Nach dem Aufzeichnen der Daten im Moment des Schätzstopps fährt jedoch der Schätzalgorithmus fort, bevor die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) sich weiter zu V_exit verringert oder bevor Vx sich über V_stp erhöht. Bei der Operation im Geschwindigkeitsbereich zwischen V_exit < V_x < V_stp fährt die neue Schätzausgabe (RGE_out) mit dem Vergleich der verriegelten Schätzausgabe fort. Wenn die Differenz zwischen dem aktuellen RGE-Zustand und der verriegelten RGE größer als ein ersten Differenzschwellwert ist, wird die Schätzqualität zu einem niedrigeren Niveau reduziert, was anzeigt, dass die Schätzausgabe in dieser neuen Situation nicht genau genug sein kann. Wenn jedoch die Differenz zwischen ihnen größer als ein zweiter Differenzschwellwert ist, wird die Schätzqualität auf ein Niveau von ”Keine Daten” reduziert (z. B. QF = 0), was anzeigt, dass das Schätzergebnis nicht verwendet werden kann. Nachdem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) weiter unter V_exit verringert, wird die Schätzung vollständig gestoppt, und es wird keine Schätzaktivität mehr vorgenommen. Sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs) sich über den Schwellwert V_stp hinaus erhöht, werden die verriegelten und aufgezeichneten Schätzzustände wieder zurück in den Schätzalgorithmus geladen, um die normale Schätzfunktion wieder aufzunehmen.
Das Fahrzeugsystem stoppt die Straßengradienten-Schätzvorrichtung, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) kleiner als V_exit in einer oder mehreren Ausführungsformen ist, weil eine Schätzung unter solchen Bedingungen nicht genau wäre. V_exit kann als ”Kriechgeschwindigkeit” bezeichnet werden. Das Fahrzeug kann jedoch mit einer solchen Kriechgeschwindigkeit weiter fahren. Mit Bezug auf die 27A–27G wird die kinematische oder dynamische Straßengradientenschätzvorrichtung verfügbar, sobald sich die Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein höheres Geschwindigkeitsniveau erhöht, und die statische RGE-Schätzvorrichtung kann die Verantwortung übernehmen, nachdem das Fahrzeug vollständig angehalten ist. Die 27A–27G umfassen 7 Diagramme von Messdaten, die über eine gemeinsame Zeitdauer erfasst wurden und auf die allgemein durch die Zahl 2710 verwiesen wird. 27B illustriert die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx); 27E illustriert den statischen Qualitätsfaktor (QF_st); 27F illustriert den kinematischen Qualitätsfaktor (QF_kin) und 27G illustriert den Qualitätsfaktor der vermittelten Straßengradientenschätzung (QF_RGE). Die statische RGE ist verfügbar, wenn das Fahrzeug angehalten hat. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit von null wird durch die Zahl 2712 referenziert, und auf eine entsprechende RGE_st hoher Qualität wird durch die Zahl 2714 verwiesen. Außerdem ist die kinematische RGE verfügbar, wenn sich das Fahrzeug in normaler Weise bewegt, wie durch die Zahl 2716 referenziert, und auf eine entsprechende RGE_kin hoher Qualität wird durch die Zahl 2718 verwiesen. Die vermittelte RGE kombiniert RGEst und RGEkin, um eine Ausgabe hoher Qualität über die meisten Fahrzeugbedingungen zu sorgen, wie durch die Zahl 2720 referenziert wird. Bei bestimmten sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, durch die Zahl 2722 referenziert, kann jedoch keine RGE hoher Qualität verfügbar sein, wie allgemein durch die Zahl 2724 referenziert wird.
Im Bereich niedriger Geschwindigkeit zwischen 0 und V_exit kann jedoch kein RGE-Algorithmus verfügbar sein. Daher kann die Straßengradientenvariation nicht festgestellt und geschätzt werden, während sich das Fahrzeug mit einer solch niedrigen Geschwindigkeit bewegt. Um die Robustheit der RGE bei der Mitteilung von Straßengradienteninformationen zu sichern, umfasst das Fahrzeugsystem ein konservatives Gegenmittel, um zu vermeiden, dass eine Straßengradientenschätzung verwendet wird, ohne dass Informationen bezüglich der Qualität der RGE geliefert werden.
Das Fahrzeugsystem umfasst ein Verfahren (nicht dargestellt) zum Überwachen der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vx) bei einem Kriechereignis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Ein Kriechereignis tritt ein, wenn Vx kleiner als v_exit ist (z. B. kleiner als 5 km/h) und die aktuelle Qualitätsbewertung der Schätzvorrichtung OK ist (z. B. QF = 3). Das Fahrzeugsystem berechnet eine Kriechdistanz (Dc) durch Integrieren der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Fahrzeugsystem setzt den Qualitätsfaktor auf verschlechtert (QF = 2) herunter, wenn Dc größer als ein erster Distanzschwellwert ist. Das Fahrzeugsystem setzt den Qualitätsfaktor auf 'keine Daten' (QF = 0) herunter, wenn Dc größer als ein zweiter Distanzschwellwert ist. Das Fahrzeugsystem setzt die Kriechdistanz (Dc) auf null zurück, wenn eine RGE-Schätzvorrichtung damit beginnt, eine geeignete Ausgabe zu liefern. In der Zwischenzeit wird die Qualität der RGE auf das Qualitätsbewertungsergebnis der aktuellen aktiven Schätzvorrichtung vermittelt, um die Qualität zu ersetzen, die im Kriechereignis bewertet wurde. Das Fahrzeugsystem beginnt erneut mit der Berechnung der Kriechdistanz, wenn die Qualitätsbewertung (QF) im Geschwindigkeitsbereich (v_exit < Vx < v_stp) herabgesetzt wird. Außerdem beginnt das Fahrzeugsystem erneut mit der Dc-Berechnung, wenn das fortgesetzte Schätzergebnis vom verriegelten Schätzergebnis um mehr als einen bestimmten Schwellwert abweicht, selbst wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als V_exit ist.
Als solches bietet das Fahrzeugsystem Vorteile gegenüber vorhandenen Systemen durch Bewerten der Qualität von Eingangssignalen, Straßengradientenschätzungen und Massenschätzungen und Bereitstellen von Qualitätsfaktoren, die mit jeder Eingabe und Schätzung verbunden sind. Das Fahrzeugsystem vermittelt oder wählt eine Schätzung teilweise auf Grund der Qualitätsfaktoren aus. Das Fahrzeugsystem liefert dann eine Straßengradientenschätzung und eine Fahrzeugmassenschätzung mit einem entsprechenden Qualitätsfaktor auf der Basis der ausgewählten Schätzung. Andere Fahrzeugsysteme können die Straßengradienten- und Fahrzeugmassenschätzungen anders verwenden, je nach den zugehörigen Qualitätsfaktoren.
Wie durch die Ausführungsformen demonstriert, die oben beschrieben werden, liefern das Fahrzeug, das Fahrzeugsystem und das Verfahren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik durch Vermitteln oder Auswählen einer Straßengradientenschätzung aus einer Reihe von verschiedenen Schätzungen (statisch, kinematisch und dynamisch). Durch Ausgleichen zwischen diesen verschiedenen Schätzungen liefert das Fahrzeugsystem eine Straßengradientenschätzung über einen weiten Bereich von Fahrzeugbedingungen. Das Fahrzeugsystem bietet auch Vorteile gegenüber vorhandenen Systemen durch Schätzen des statischen Straßengradienten unter Verwendung der dynamischen Filterung der Längsbeschleunigung, und durch Verwenden einer weiteren Schätzung für den Anfangswert; was die Zeitverzögerung reduziert, bevor ein statischer geschätzter Wert von Qualität für einen Straßengradienten bereitgestellt werden kann. Das Fahrzeugsystem bietet also Vorteile gegenüber den vorhandenen Verfahren durch Schätzen des kinematischen Straßengradienten unter Verwendung einer EKF, die für eine Filterstrategie vom integralen Typ sorgt. Solch eine Integrationsstrategie verstärkt nicht das Rauschen auf den Signalen und sorgt daher für eine erhöhte Schätzgenauigkeit mit relativ schneller Konvergenz. Das Fahrzeugsystem bietet Vorteile gegenüber den vorhandenen Verfahren durch Schätzung des kinematischen Straßengradienten unter Verwendung des eingabekompensierten Beschleunigungsversatzes, um die Genauigkeit zu verbessern, um Unsicherheiten und Versatz zu entfernen, die durch die laterale Fahrzeugdynamik und ihre Kopplungseffekte verursacht werden. Das Fahrzeugsystem bietet Vorteile durch Abschätzen der Fahrzeugmasse unabhängig von der Straßengradientenschätzung unter Verwendung einer Ereignissuchstrategie. Das Fahrzeugsystem initialisiert bestimmte Parameter im Massenschätzalgorithmus bei Fahrzeugbedingungen neu, die potentiellen Massenänderungen entsprechen (z. B. wenn das Fahrzeug anhält), um die Empfindlichkeit des Algorithmus zu erhöhen. Das Fahrzeugsystem schätzt den dynamischen Straßengradienten (RGE_dyn) auf der Basis der geschätzten Fahrzeugmasse. Das Fahrzeugsystem bietet auch Vorteile gegenüber vorhandenen Systemen durch Bewerten der Qualität von Eingangssignalen, Straßengradientenschätzungen und Massenschätzungen und Bereitstellen von Qualitätsfaktoren, die mit jeder Eingabe und Schätzung verbunden sind. Das Fahrzeugsystem vermittelt oder wählt eine Schätzung teilweise auf Grund der Qualitätsfaktoren aus. Das Fahrzeugsystem liefert dann eine Straßengradientenschätzung und eine Fahrzeugmassenschätzung mit einem entsprechenden Qualitätsfaktor auf der Basis der ausgewählten Schätzung. Andere Fahrzeugsysteme können die Straßengradienten- und Fahrzeugmassenschätzungen anders verwenden, je nach den zugehörigen Qualitätsfaktoren.
Obwohl die beste Art und Weise detailliert beschrieben wurde, erkennen Fachleute auf dem Gebiet verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche. Außerdem können die Merkmale verschiedener Implementierungen von Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Obwohl bei verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurde, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Charakteristika bieten, werden die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass man bei einem oder mehreren Merkmalen oder Charakteristika Kompromisse schließen muss, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Zu diesen Attributen können folgende gehören, sind aber nicht darauf beschränkt: Kosten, Stärke, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montageleichtigkeit usw. Die Ausführungsformen, die hierin beschrieben wurden, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik mit Bezug auf ein oder mehrere Charakteristika beschrieben wurden, liegen nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung und können für besondere Anwendungen wünschenswert sein. Außerdem können die Merkmale verschiedener Implementierungen von Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Bezugszeichenliste
Fig. 6

N: Nein
612: STATUS_st = Wahr
614: Ist READY_st = Wahr?
616: IstQF_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 ^_x bereitstellen
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, das Folgendes umfasst: einen Controller, der dazu ausgelegt ist, eine eine statische Straßengradientenschätzung anzeigende Ausgabe basierend auf einer gefilterten Längsbeschleunigung zu erzeugen, wobei die gefilterte Längsbeschleunigung von einer Ableitung einer Längsbeschleunigung abhängig ist; wobei ein Anfangswert der statischen Straßengradientenschtzung einer kinematischen Straßengradientenschätzung und/oder einer dynamischen Straßengradientenschätzung entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: einen Inertialsensor zur Bereitstellung eines die Längsbeschleunigung anzeigenden Signals; wobei die Ableitung eine Ableitung erster Ordnung der Längsbeschleunigung entsprechend einem Längsruck umfasst und wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist, die Längsbeschleunigung unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer schmalen Bandbreite zu filtern, wenn der Längsruck größer ist als ein Ruckschwellwert.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: die Längsbeschleunigung unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer großen Bandbreite zu filtern, wenn der Längsruck kleiner als der Ruckschwellwert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ableitung eine Ableitung zweiter Ordnung der Längsbeschleunigung umfasst und wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: die Längsbeschleunigung unter Verwendung eines Tiefpassfilters mit einer aus mehreren Bandbreiten ausgewählten Bandbreite basierend auf der Ableitung zu filtern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei jede Straßengradientenschätzung einem Schätzungsqualitätsfaktor entspricht; wobei der Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung der kinematischen Straßengradientenschätzung entspricht, wenn ein kinematischer Qualitätsfaktor größer ist als ein dynamischer Qualitätsfaktor; wobei der Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung der dynamischen Straßengradientenschtzung entspricht, wenn der dynamische Qualitätsfaktor größer ist als der kinematische Qualitätsfaktor.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der Anfangswert der statischen Straßengradientenschätzung einem Standardwert entspricht, wenn der kinematische Qualitätsfaktor und der dynamische Qualitätsfaktor jeweils kleiner sind als ein Schwellqualitätswert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe basierend auf der Ableitung der Längsbeschleunigung zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe basierend auf einem Vergleich der Ableitung der Längsbeschleunigung mit einem ersten Schwellwert und einem zweiten Schwellwert zu erzeugen, wobei der zweite Schwellwert größer ist als der erste Schwellwert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe entsprechend einer hohen Qualität zu erzeugen, wenn die Ableitung der Längsbeschleunigung für länger als ein Zeitschwellwert kleiner als der erste Schwellwert ist; und eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe entsprechend einer Zwischenqualität zu erzeugen, wenn die Ableitung der Längsbeschleunigung größer ist als der erste Schwellwert und kleiner ist als der zweite Schwellwert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der Controller ferner dazu ausgelegt ist: eine einen statischen Qualitätsfaktor anzeigende Ausgabe entsprechend einer niedrigen Qualität zu erzeugen, wenn die Ableitung der Längsbeschleunigung größer als der zweite Schwellwert ist.