DE102014203998A1

DE102014203998A1 - Fahrzeugmassen-Erkennungssystem

Info

Publication number: DE102014203998A1
Application number: DE102014203998.3A
Authority: DE
Inventors: Felix Nedorezov; Hong Jiang; Matthew John Shelton; Dan Colvin; Edward Dai; Roger Lyle Huffmaster
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN104044573B; US20140277867A1; DE102014203998B4; CN104044573A; US8892291B2

Abstract

Ein Fahrzeugsystem und Verfahren zum Berechnen einer Fahrzeugmasse werden bereitgestellt. In mindestens einer Ausführungsform messen das System und das Verfahren Strom, der von einer elektrischen Maschine des Fahrzeugs verbraucht wird, um eine Fahrzeugmasse zu berechnen. Eine Steuerung des Fahrzeugs verwendet die berechnete Masse, um den Betrieb des Fahrzeugs, zum Beispiel ein Allradantriebs-, Getriebe-, Stabilitätssteuer- oder Bremssystem des Fahrzeugs zu steuern. Ein GPS- und Raddrehzahlsensorsystem können integriert sein, um die Gegenwart eines gezogenen Gegenstandes, zum Beispiel eines Anhängers, zu erkennen und einen Betrieb des Fahrzeugs weiter einzustellen.

Description

Diese Offenbarung betrifft Techniken zum Erkennen der Masse eines Fahrzeugs.
Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck „Elektrofahrzeug“ Fahrzeuge mit einem Elektromotor zum Fahrzeugantrieb wie batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), Hybridfahrzeuge (HEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV). Ein BEV weist einen Elektromotor (EM) auf, wobei die Energiequelle für den Elektromotor eine Batterie ist, die von einem externen Stromnetz wiederaufladbar ist. In einem BEV ist die Batterie die Energiequelle für den Fahrzeugantrieb. Ein HEV weist einen Verbrennungsmotor (ICE-Internal Combustion Engine) und einen Elektromotor auf, wobei die Energiequelle für den Motor Kraftstoff ist und die Energiequelle für den Elektromotor eine Batterie ist. In einem HEV ist der Motor die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, wobei die Batterie zusätzliche Energie für den Fahrzeugantrieb bereitstellt (die Batterie speichert Kraftstoffenergie zwischen und kinematische Energie wird in elektrischer Form zurückgewonnen). Ein PHEV ist wie ein HEV, jedoch weist das PHEV eine Batterie mit größerer Kapazität auf, die aus dem externen Stromnetz wiederaufladbar ist. In einem PHEV ist die Batterie die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, bis die Batterie auf ein niedriges Energieniveau entleert ist, wobei das PHEV zu diesem Zeitpunkt im Hinblick auf den Fahrzeugantrieb wie ein HEV betrieben wird.
In mindestens einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine basierend auf einer Fahrzeugmasse bereitgestellt. Das Verfahren kann, während sich eine Drehzahl der elektrischen Maschine verändert, das Messen von Strom, der von der elektrischen Maschine verbraucht wird, zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, das Berechnen einer Masse des Fahrzeugs basierend auf den gemessenen Strömen und das Steuern eines Betriebs des Fahrzeugs gemäß der berechneten Masse umfassen. Beispiele von Fahrzeugsystemen, die gemäß der berechneten Masse gesteuert werden, schließen ein Allradantriebssteuersystem, Getriebesteuersystem, Stabilitätssteuersystem und/oder Bremssystem ein. Während sich die Drehzahl der elektrischen Maschine verändert, kann ein konstantes Motorantriebsdrehmoment beibehalten werden. In einem anderen Beispiel kann der Motor kein Antriebsdrehmoment bereitstellen, während sich die Drehzahl der elektrischen Maschine verändert.
Das Verfahren kann ferner das Nachverfolgen einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Entfernung und einer Anzahl von Reifenumdrehungen des Fahrzeugs für die zurückgelegte Entfernung und das Vergleichen der zurückgelegten Entfernung und der Anzahl der Reifenumdrehungen mit gespeicherten Daten, die einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei einer bestimmten Masse des Fahrzeugs zurückgelegten Entfernung entsprechen, umfassen. Der Steuervorgang des Fahrzeugs gemäß der berechneten Masse kann das Einstellen eines Betriebs des Fahrzeugs gemäß dem Vergleich einschließen. In einem anderen Beispiel können die gespeicherten Daten ferner Daten umfassen, die einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei mehreren Fahrzeugmassen zurückgelegte Entfernung umfassen.
Das Verfahren kann auch das Erkennen einer Gegenwart eines gezogenen Gegenstandes, der an dem Fahrzeug befestigt ist, basierend auf mindestens einem der gemessenen Ströme und dem Vergleich umfassen. Wenn kein gezogener Gegenstand erkannt wird, kann ein Korrekturfaktor für die Einstellung des Betriebs des Fahrzeugs basierend auf den gemessenen Strömen erzeugt werden.
In mindestens einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug kann eine elektrische Maschine, einen Triebstrang, eine Traktionsbatterie und mindestens eine Steuerung umfassen, die programmiert ist, der elektrischen Maschine die Anwendung eines Bremsdrehmoments auf den Triebstrang des Fahrzeugs basierend auf einer Masse des Fahrzeugs zu befehlen, sodass, wenn die elektrische Maschine ein Antriebsdrehmoment an den Triebstrang ausgibt, eine Stromgröße aus der elektrischen Maschine an die Traktionsbatterie gemäß der Masse des Fahrzeugs variiert, und wenn die elektrische Maschine kein Antriebsdrehmoment an den Triebstrang ausgibt, die Größe des Stroms allgemein konstant bleibt.
In mindestens einer Ausführungsform ist ein Fahrzeugsystem bereitgestellt. Das System kann eine elektrische Maschine und mindestens eine Steuerung umfassen, die programmiert ist, einen Betrieb des Fahrzeugs basierend auf dem Strom zu steuern, der von der elektrischen Maschine zu unterschiedlichen Zeitpunkten verbraucht wird, während das Fahrzeug beschleunigt. Zu Beispielen von Fahrzeugsystemen, die basierend auf dem verbrauchten Strom gesteuert werden, gehören ein Allradantriebssteuersystem, Getriebesteuersystem, Stabilitätssteuersystem und/oder Bremssystem. Das System kann ferner einen Fahrzeugmotor umfassen. In einem Beispiel ist der Motor zum Ausgeben eines konstanten Antriebsdrehmoments während und zwischen den unterschiedlichen Zeitpunkten, während das Fahrzeug beschleunigt, konfiguriert. In einem anderen Beispiel ist der Motor zum Ausgeben keines Antriebsdrehmoments während und zwischen den unterschiedlichen Zeitpunkten, während das Fahrzeug beschleunigt, konfiguriert.
Das System kann ferner ein globales Positionierungssystem (GPS) umfassen, das mit der mindestens einen Steuerung kommuniziert. Die GPS-Vorrichtung kann zum Nachverfolgen einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Entfernung konfiguriert sein. Mindestens ein Reifensdrehzahlsensor kann enthalten und konfiguriert sein, um eine Anzahl von Reifenumdrehungen des Fahrzeugs für die zurückgelegte Entfernung zu messen. Daten können entsprechend einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei einer bestimmten Masse des Fahrzeugs zurückgelegte Entfernung gespeichert sein, und die mindestens eine Steuerung kann die zurückgelegte Entfernung und die Anzahl der Reifenumdrehungen mit den gespeicherten Daten vergleichen und den Betrieb des Fahrzeugs basierend auf dem verbrauchten Strom gemäß dem Vergleich einstellen. Die gespeicherten Daten können ferner Daten umfassen, die einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei mehreren Fahrzeugmassen zurückgelegte Entfernung entsprechen.
In einem Beispiel ist die mindestens eine Steuerung programmiert, einen Betrieb des Fahrzeugs basierend auf Strom zu steuern, der von der elektrischen Maschine zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten verbraucht wird, während das Fahrzeug beschleunigt. In einem anderen Beispiel ist die mindestens eine Steuerung programmiert, einen Betrieb des Fahrzeugs basierend auf Strom zu steuern, der von der elektrischen Maschine zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten verbraucht wird, während das Fahrzeug beschleunigt.
Es zeigen: 1 ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs;
2 ein Schaubild der Veränderung der Reifenumdrehungen gegenüber der Entfernung für verschiedene Fahrzeugmassen; und
3 ein Flussdiagramm eines Algorithmus zum Berechnen der Fahrzeugmasse.
Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hierin vorschriftsmäßig offenbart; jedoch ist zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen die Erfindung rein beispielhaft darstellen und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten aufzuzeigen. Daher sind spezifische hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die Kenntnis der Masse oder des Gewichts eines Fahrzeugs kann für verschiedene Fahrzeugsteuersysteme wie ein Allradantriebssteuersystem, Getriebe, Stabilitätssteuerungen, Bremsen und andere vorteilhaft sein. Die Erkennung der Masse in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kann ungenau sein, da sie auf eine Messung der Beschleunigung und eine Schätzung der Traktionskraft mittels Ausgabedrehmomentschätzungen angewiesen ist. Allerdings sind Ausgabedrehmomentschätzungen bekanntermaßen ungenau, da sie von vielen Parametern abhängen, die nicht direkt gemessen werden können. Für ein Hybridfahrzeug ist es auch wichtig, die Fahrzeugmasse zu kennen, um das Management von Nutzbremsung und Fahrverhalten zu verbessern. Das Management von Nutzbremsung und Fahrverhalten ist insbesondere dann relevant, wenn das Fahrzeug eine zusätzliche Last wie einen Anhänger zieht. Die Kenntnis der Gesamtmasse des Fahrzeugs plus Last (z. B. Anhängergewicht) ist daher vorteilhaft.
1 stellt ein schematisches Diagramm eines Hybridfahrzeugs 10 dar. Allerdings ist das Fahrzeug 10 nur ein Beispiel eines geeigneten Fahrzeugs, wobei das Massenerkennungssystem in Fahrzeugen mit anderen Konfigurationen implementiert sein kann. Das Fahrzeug 10 weist einen Motor 12 und eine elektrische Maschine auf, die, wie in der Ausführungsform aus 1 dargestellt, ein Motor/Generator (M/G) 14 ist und alternativ ein Traktionsmotor sein kann. Der M/G 14 ist zum Übertragen von Drehmoment an den Motor 12 oder die Fahrzeugräder 16 konfiguriert. Der M/G 14 ist über eine erste Kupplung 18, die auch als Trennkupplung oder stromaufwärts befindliche Kupplung bezeichnet wird, mit dem Motor 12 verbunden. Die Kupplung 18 kann auch einen Dämpfermechanismus aufweisen, sodass eine Reihe von Platten und Federn zur Unterstützung der Dämpfung von Veränderungen des Drehmoments, das zwischen dem Motor 12 und dem M/G 14 übertragen wird, konfiguriert sein können, wenn die Trennkupplung 18 eingerückt wird. Eine zweite Kupplung 22, die auch als Anfahrkupplung oder stromabwärts befindliche Kupplung bezeichnet wird, verbindet den M/G 14 mit einem Getriebe 24, wobei das gesamte Eingangsdrehmoment zum Getriebe 24 durch die Anfahrkupplung 22 strömt. Die Anfahrkupplung 22 kann derart gesteuert werden, dass der M/G 14 und der Motor 12 von stromabwärts der Anfahrkupplung 22 befindlichen Komponenten, einschließlich des Getriebes 24, des Differentialgetriebes 28 und der Fahrzeugantriebsräder 16 isoliert werden. Wenngleich die Kupplungen 18, 22 als Hydraulikkupplungen beschrieben und dargestellt sind, können andere Kupplungstypen wie elektromechanische Kupplungen ebenfalls verwendet werden. Alternativ kann die Kupplung 22 durch einen Drehmomentwandler mit einer Bypass-Kupplung ausgetauscht werden, wie weiter unten beschrieben. In unterschiedlichen Ausführungsformen bezieht sich die stromabwärts befindliche Kupplung 22 auf verschiedene Kopplungsvorrichtungen für das Fahrzeug 10, einschließlich einer herkömmlichen Kupplung und eines Drehmomentwandlers mit einer Bypass(Überbrückungs-)-Kupplung.
Die Ausgangswelle des Motors 12 ist mit der Trennkupplung 18 verbunden, die wiederum mit der Eingangswelle des M/G 14 verbunden ist. Die Ausgangswelle des M/G 14 ist mit der Anfahrkupplung 22 verbunden, die wiederum mit dem Getriebe 24 verbunden ist. Die Anfahrkupplung 22 verbindet die Fahrzeugzugmaschinen mit dem Triebstrang 26, der das Getriebe 24, das Differentialgetriebe 28 und die Fahrzeugräder 16 umfasst. Die Komponenten des Fahrzeugs 10 sind nacheinander in Reihe angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Algorithmen auf ein Hybridfahrzeug mit anderen Systemarchitekturen angewendet werden.
In anderen Beispielen ist die stromabwärts befindliche Kupplung 22 ein Drehmomentwandler mit einer Bypass-Kupplung. Der Eingang von dem M/G 14 ist die Pumpenradseite des Drehmomentwandlers und der Ausgang des Drehmomentwandlers zum Getriebe 24 ist die Turbinenradseite. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Drehmoment unter Verwendung seiner Fluidkopplung, wobei je nach Schlupfmenge zwischen der Pumpenrad- und Turbinenseite eine Drehmomentvervielfachung auftreten kann. Die Bypass- oder Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler kann selektiv eingerückt werden, um eine mechanische Verbindung zwischen der Pumpenradseite und der Turbinenradseite für die direkte Drehmomentübertragung zu erzeugen. Die Bypass-Kupplung kann schleifen gelassen und/oder geöffnet werden, um die Drehmomentmenge, die durch die stromabwärts befindliche Kupplungsvorrichtung 22 mithilfe des Drehmomentwandlers übertragen wird, zu steuern. Der Drehmomentwandler kann auch eine Überbrückungskupplung aufweisen.
Der Motor 12 kann ein Direkteinspritzmotor sein. Alternativ kann der Motor 12 ein anderer Typ Motor oder Zugmaschine wie ein Saugrohreinspritzmotor oder eine Brennstoffzelle sein oder verschiedene Kraftstoffquellen verwenden, wie Diesel, Biokraftstoff, Erdgas, Wasserstoff oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen weist das Fahrzeug 10 auch einen Startermotor 30 auf, der mit dem Motor 12 wirkverbunden ist, zum Beispiel durch einen Riemen oder ein Zahnradgetriebe. Der Startermotor 30 kann zum Bereitstellen eines Drehmoments zum Anlassen des Motors 12 ohne Zugabe eines Drehmoments aus dem M/G 14 verwendet werden, wie zum Beispiel für einen Kaltstart oder einige Startereignisse bei hohen Drehzahlen. Dies isoliert den M/G 14 während des Motorstarts und kann Drehmomentstörungen, die anderenfalls auftreten würden, wenn das Drehmoment von dem M/G 14 an den Motor 12 übertragen würde, beseitigen oder reduzieren.
Der M/G 14 ist mit einer Batterie 32 verbunden. Die Batterie 32 kann eine Hochspannungsbatterie sein. Der M/G 14 kann zum Aufladen der Batterie 32 in einem Regenerationsmodus konfiguriert sein, zum Beispiel, wenn die Fahrzeugleistungsausgabe eine Fahreranforderung überschreitet, durch eine Nutzbremsung oder dergleichen. In einem Beispiel ist die Batterie 32 zum Verbinden mit einem externen Stromnetz wie für ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) mit der Fähigkeit zum Aufladen der Batterie aus einem elektrischen Stromnetz, das Energie an einen elektrischen Anschluss an einer Ladestation liefert, konfiguriert. Ferner kann auch eine Niederspannungsbatterie zum Bereitstellen von Strom an den Startermotor oder andere Fahrzeugkomponenten vorhanden sein, oder Niederspannungsstrom kann durch einen DC/DC-Wandler bereitgestellt werden.
Das Getriebe 24 wird mittels einer Getriebesteuereinheit (TCU) 36 oder dergleichen derart gesteuert, dass es einen Schaltplan wie eine Produktionsschaltplan ausführt, der Elemente im Getriebekasten aktiviert und deaktiviert, um das Verhältnis zwischen dem Getriebeausgang und Getriebeeingang zu steuern. In einem Beispiel dient die TCU 36 auch zum Steuern des M/G 14, der Kupplungen 18, 22 und anderer Komponenten in dem Motor/Generator-Gehäuse 34. Allerdings könnten auch andere Steuerungen zum Steuern dieser Komponenten verwendet werden.
Eine Motorsteuereinheit (ECU) 38 ist zum Steuern des Betriebs des Motors 12 konfiguriert. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 40 überträgt Daten zwischen der TCU 36 und der ECU 38 und kommuniziert auch mit verschiedenen Fahrzeugsensoren. Das Steuersystem 42 für das Fahrzeug 10 kann eine beliebige Anzahl von Steuerungen aufweisen und kann in einer einzigen Steuerung integriert sein oder verschiedene Module aufweisen. Einige oder sämtliche Steuerungen können durch ein Controller Area Network (CAN) oder ein anderes System verbunden sein. Das Steuersystem 42 kann zum Steuern des Betriebs verschiedener Komponenten des Getriebes 24, der Motor/Generator-Anordnung 34, des Startermotors 30 und des Motors 12 unter einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Bedingungen konfiguriert sein, einschließlich auf eine Weise, die Drehmomentstörungen und -auswirkungen auf den Fahrer minimiert oder beseitigt.
Im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor kann eine Drehmomentschätzung in einer elektrischen Maschine präzise durchgeführt werden, da der Strom in einer elektrischen Maschine zu dem entwickelten Drehmoment proportional ist. Daher kann durch Isolieren des Drehmoments des M/G 14 eine genaue Messung der Masse des Fahrzeugs 10 ermittelt werden. Die Isolierung des Drehmoments des M/G 14 kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. In einer Ausführungsform kann die VSC 40 oder eine Kombination von Steuerungen in dem Steuersystem 42 konfiguriert sein, das Drehmoment des Motors 12 bei einem konstanten Niveau zu halten, das für einen Zeitraum unter einem Fahreranforderungsniveau liegt, während der Ausgleich des angeforderten Drehmoments von dem M/G 14 bereitgestellt wird. Die Messung könnte zum Beispiel durchgeführt werden, während das Fahrzeug aus einer Halteposition beschleunigt (Anfahren). In einer Ausführungsform wird die Messung während eines ersten Anfahrens durchgeführt. Mit konstant gehaltenem Drehmoment des Motors 12 kann die Veränderung bei der Beschleunigung in Abhängigkeit der Veränderung des Drehmoments des M/G 14 gemessen werden, die zu dem Strom proportional ist. Der Zeitraum, über den die Messung ausgeführt wird (z. B. Zeit, für welche das Drehmoment des Motors 12 konstant gehalten wird), kann in Abhängigkeit des Fahreranforderungsdrehmoments kalibriert werden, um eine Beeinträchtigung der Leistung zu vermeiden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Drehmomentmessung des M/G 14 durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug 10 in einem reinen Elektromodus betrieben wird, wobei der Motor 12 über die Kupplung 18 getrennt ist. Zum Beispiel könnte die Messung erfolgen, während das Fahrzeug 10 angefahren wird. In einer Ausführungsform wird die Messung während eines ersten Anfahrens durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform kann die Drehmomentmessung des M/G 14 durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug 10 langsamer wird und die Nutzbremsung aktiv ist.
In mindestens einer Ausführungsform kann die Fahrzeugmasse mittels Messungen zu einem Zeitpunkt eins und einem Zeitpunkt zwei gemäß den nachstehend dargestellten Gleichungen gemessen werden. In mindestens einer Ausführungsform kann die Fahrzeugmasse mittels Messungen zu zwei Sätzen von zwei dicht aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gemäß den nachstehend dargestellten Gleichungen gemessen werden. In den nachstehenden Gleichungen sind die Variablen wie folgt definiert: F_t ist die Zugkraft des Fahrzeugs; m ist die Masse des Fahrzeugs; A ist die Beschleunigung des Fahrzeugs; R_a ist der aerodynamische Widerstand; R_rl ist der Rollwiderstand; R_g ist der Neigungswiderstand; R_t ist der Reifenverlust; Eng_Tq ist das Motordrehmoment; EM_Tq ist das Drehmoment der elektrischen Maschine; Tc_Mult ist die Drehmomentvervielfachung des Drehmomentwandlers; K(V) ist ein Koeffizient, der eine Funktion der Drehzahl ist (z. B. Achsantriebsübersetzung multipliziert mit der Achsantriebseffizienz, dividiert durch den Reifenradius); Gr_Rat ist das Übersetzungsverhältnis, einschließlich der Achsübersetzung.
Die Messung des Drehmoments der elektrischen Maschine kann von der VSC 40 oder einer separaten Steuerung über einen Sensor durchgeführt werden, der mit dem M/G 14 und/oder der Batterie 32 verbunden ist. In einer Ausführungsform kann der Sensor ein Hall-Effekt-Sensor sein. In einer anderen Ausführungsform kann der M/G 14 eine Treiberschaltung wie einen isolierten biopolaren Gate-Transistor (IGBT) mit einem integrierten Strommesssensor aufweisen. Die Massenberechnung kann von der VSC 40 oder einer separaten Steuerung durchgeführt werden. Da die Messungen und Berechnungen die Fahrzeugbeschleunigung und das Drehmoment der elektrischen Maschine verwenden, kann die erkannte Masse entweder für ein Fahrzeug allein oder ein Fahrzeug sein, das einen Gegenstand, zum Beispiel einen Anhänger zieht. Die Berechnung eins Anhängergesamtgewichts ist für die Verwendung in den oben beschriebenen Fahrzeugsteuersystemen vorteilhaft. Für Hybridfahrzeuge ist dies jedoch beim Management der Nutzbremsung und des Fahrverhaltens besonders vorteilhaft.

In einem Beispiel wurden Messungen zu zwei Zeitpunkten verwendet, um die Masse des Fahrzeugs (und eines angekuppelten Anhängers) mithilfe der obigen Gleichungen 1 bis 6 zu schätzen. In diesem Beispiel war das geprüfte Fahrzeug ein Lastwagen mit einem Bruttogesamtgewicht von 6.500 Pfund und zwei Insassen. Der Drehmomentwandler war verriegelt (Tc_Mult = 1), das Drehmoment der elektrischen Maschine wurde an der Antriebswelle gemessen (EM_Tq = 1) und es war kein Straßengefälle vorhanden (R_g = 0). Die Werte der anderen Variablen sind unten in Tabelle 1 angegeben. Die gegenwärtige Geschwindigkeit und das Drehmoment der elektrischen Maschine wurden an jedem der zwei Zeitpunkte gemessen und zur Ermittlung einer Durchschnittsgeschwindigkeit und eines Durchschnittsdrehmoments verwendet. Nach Durchführen der Einheitsumwandlungen und Berechnungen hat sich eine geschätzte Masse des Fahrzeugs von etwa 7.013 Pfund ergeben.

Tabelle 1
Zeit 1 (t1)	36,042	K₁	0,026
Zeit 2 (t2)	38,028	K₂	1,0
Geschwindigkeit bei t1	22,055 mph	K₃	30,0
Geschwindigkeit bei t2	23,306 mph	Reifenradius	0,382 m
Durchschnittsgeschwindigkeit	22,678 mph	Achsantriebsübersetzung	3,73
EM_Tq bei t1	97,344 ft-lb	Achsantriebseffizienz	0,95
TM_Tq bei t2	93,923 ft-lb	Eng_Tq	0
Durchschnittliches EM_Tq	94,613 ft-lb

In einem anderen Beispiel wurden zwei Sätze von zwei dicht aufeinanderfolgenden Zeitpunkten verwendet, um die Masse des Fahrzeugs (und eines angekuppelten Anhängers) mithilfe der obigen Gleichungen 1 bis 8 zu schätzen. In diesem Beispiel war das geprüfte Fahrzeug ein Lastwagen mit einem Bruttogesamtgewicht von 6.500 Pfund und zwei Insassen. Der Drehmomentwandler war verriegelt (Tc_Mult = 1), das Drehmoment der elektrischen Maschine wurde an der Antriebswelle gemessen (EM_Tq = 1) und es war kein Straßengefälle vorhanden (R_g = 0). Die Werte der anderen Variablen sind unten in Tabelle 2 angegeben. Die Geschwindigkeit und das Drehmoment der elektrischen Maschine wurden zu zwei Zeitpunkten in schneller Abfolge gemessen und brachten zwei Datensätze hinsichtlich der Geschwindigkeit, das Drehmoment der elektrischen Maschine und die Beschleunigung hervor. Nach Durchführen der Einheitsumwandlungen wurde unter Verwendung der Gleichungen 7 bis 8 zur Lösung der Masse eine geschätzte Fahrzeugmasse von 6.991 Pfund berechnet. Unter Verwendung von zwei Sätzen dicht aufeinanderfolgender Zeitpunkte kann es vorteilhaft sein, die Wirkung des Straßengefälles, des Reifenwiderstands und anderer Variablen zu minimieren.

Tabelle 2
Zeit 1 (t1) zu Zeitpunkt 1	35.43	K₁	0.026
Zeit 2 (t2) zu Zeitpunkt 1	35,88	K₂	1,0
Zeit 1 (t1) zu Zeitpunkt 2	44,59	K₃	30,0
Zeit 2 (t2) zu Zeitpunkt 2	45,05	Reifenradius	0,382 m
Durchschnittsgeschwindigkeit bei P1	21,79 mph	Achsantriebsübersetzung	3,73
Durchschnittsgeschwindigkeit bei P2	27,16 mph	Achsantriebseffizienz	0,95
Beschleunigung bei P1	0,313 m/s/s	Eng_Tq	0
Beschleunigung bei P2	0,251 m/s/s
Durchschnittliches EM_Tq bei P1	96,93 ft-lb
Durchschnittliches TM_Tq bei P2	85,51 ft-lb

Es kann auch vorteilhaft sein, eine Fahrzeugmasse separat von einem angekuppelten Anhänger zu berechnen, was die Koordinierung des Basisbremssystems, einschließlich der Anhängebremsen unterstützt. In mindestens einer Ausführungsform kann ein zusätzliches System zur Berechnung der reinen Fahrzeugmasse mittels einer Vorrichtung 44 des globalen Positionierungssystems (GPS) für das Fahrzeug und eine effektive Reifenradiusmessung verwendet werden. Die GPS-Vorrichtung 44 kann in dem Fahrzeug 10 integriert sein oder kann eine Sekundärmarkt-GPS-Vorrichtung mit einer Fahrzeugschnittstelle wie CAN sein.

In einer Ausführungsform ist eine vorprogrammierte Tabelle in der VSC 40 oder anderen Steuerung oder der GPS-Vorrichtung 44 gespeichert und enthält Informationen hinsichtlich der Anzahl der Reifenumdrehungen je zurückgelegte Strecke (z. B. Umdrehungen pro Meile) mit einer bekannten Fahrzeugmasse (z. B. die bekannte Mindestlastmasse für das Fahrzeug 10). Alternativ oder zusätzlich zu der Tabelle, die der bekannten Last entspricht, kann die vorprogrammierte Tabelle Daten hinsichtlich des Deltas oder der Differenz zwischen der Anzahl der Reifenumdrehungen je zurückgelegte Entfernung für unterschiedliche Lasten im Vergleich zu der bekannten Fahrzeuglast enthalten. Ein Beispiel einer solchen Tabelle ist unten in Tabelle 3 dargestellt, die rein beispielhaft ist, und ist in 2 dargestellt. Um der Lufttemperatur, dem Reifendruck und der Fahrzeuggeschwindigkeit Rechnung zu tragen, können Korrekturfaktoren für diese und andere potenzielle Variablen in der VSC 40 gespeichert werden.

Tabelle 3
Entfernung (km)	Reifenumdr. M1	Reifenumdr. M2	Reifenumdr. M3	Reifenumdr. M4	Δ Reifenumdr. M2	Δ Reifenumdr. M3	Δ Reifenumdr. M4
0,2	120,17	122,57	124,97	127,38	2,40	4,81	7,21
0,4	240,34	245,14	249,95	254,76	4,81	9,61	14,42
0,6	360,50	367,71	374,92	382,13	7,21	14,42	21,63
0,8	480,67	490,29	499,90	509,51	9,61	19,23	28,84
1	600,84	612,86	624,87	636,89	12,02	24,03	36,05
1,2	721,01	735,43	749,85	764,27	14,42	28,84	43,26
1,4	841,18	858,00	874,82	891,65	16,82	33,65	50,47
1,6	961,34	980,57	999,80	1019,02	19,23	38,45	57,68
1,8	1081,51	1103,14	1124,77	1146,40	21,63	43,26	64,89
2	1201,68	1225,71	1249,75	1273,78	24,03	48,07	72,10
4	2403,36	2451,43	2499,49	2547,56	48,07	96,13	144,20
6	3605,04	3677,14	3749,24	3821,34	72,10	144,20	216,30
8	4806,72	4902,85	4998,99	5095,12	96,13	192,27	288,40
10	6008,40	6128,57	6248,74	6368,90	120,17	240,34	360,50

Wenn das Fahrzeug 10 angetrieben wird, kann in Bezug auf 1 eine Antiblockiersystem(ABS)-Steuerung 46 die Anzahl der Reifenumdrehungen basierend auf den Messungen der ABS-Reifendrehzahlsensoren 48 zählen. Die Reifenumdrehungen können an einem der Reifen gemessen werden; allerdings wird in mindestens einer Ausführungsform die Messung an den nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeugs 10 (z. B. den Hinterrädern eines Fahrzeugs mit Frontradantrieb) durchgeführt. Das GPS 44 in dem Fahrzeug 10 misst die zurückgelegte Entfernung während des gleichen Zeitraums wie die ABS-Reifenumdrehungsmessung. Unter Verwendung der Anzahl der Reifenumdrehungen und der zurückgelegten Entfernung kann ein effektiver Reifenradiuskorrekturfaktor abgeleitet werden, wie nachstehend erläutert. Korrekturfaktoren können auch für Variablen wie die Reifenabnutzung und den Befülldruck angewendet werden.
Wenn das Fahrzeug 10 8 km zurückgelegt hat und das ABS 46 ermittelt, dass im Vergleich zu der bekannten Masse (M1) ein Delta von 150 Reifenumdrehungen vorhanden war, dann könnte die Masse des Fahrzeugs anhand der in Tabelle 3 enthaltenen und in 2 dargestellten beispielhaften Werte gemäß der folgenden Gleichung ermittelt werden: m_v = (m₂ + (m₃ – m₂)·(N_v – N₂)/(N₃ – N₂))·K_c Gl. 9 die bei Eingabe der Werte aus Tabelle 1 zu der folgenden Gleichung vereinfacht werden kann: m_v = m₂ + (m₃ – m₂)·(0,553)·K_c Gl. 10 worin K_c ein Korrekturfaktor für die Umgebungstemperatur, den Reifendruck, die Reifenabnutzung und andere Faktoren ist. Damit dieses Verfahren genau sein kann, muss eine ausreichende Anzahl von Einträgen in der Tabelle vorhanden sein, sodass die Punkte auf dem Schaubild nahe genug beieinander liegen, um die Anwendung einer linearen Interpolation zu ermöglichen.
Das System und Verfahren, die GPS und Reifenumdrehungen benutzen, kann allein oder in Verbindung mit dem oben beschriebenen System verwendet werden, das Drehmomentmessungen der elektrischen Maschine benutzt. Wenn in einer Ausführungsform in dem auf dem Drehmoment der elektrischen Maschine basierenden Verfahren ermittelt wird, dass kein Anhänger angekuppelt ist, zum Beispiel durch Ermitteln, dass die Masse des Fahrzeugs geringer als eine minimale Masse des Fahrzeugs plus Anhänger ist, dann können die erhaltenen Informationen verwendet werden, um einen Korrekturfaktor für den effektiven Reifenradius zu berechnen. Der Korrekturfaktor kann in einem nichtflüchtigen Speicher der VSC 40 gespeichert sein und zur Verbesserung der Genauigkeit des Systems mit Reifenumdrehung und GPS verwendet werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Berechnen einer Fahrzeug- und/oder Fahrzeug-plus-Anhänger-Masse ist in dem Flussdiagramm 50 aus 3 dargestellt. In Schritt 52 ermittelt die VSC 40 (oder eine andere Steuerung), ob das Gaspedal innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt. Falls ja, wird ermittelt, ob der Verbrennungsmotor (ICE) 12 erforderlich ist, um die Fahrerdrehmomentanforderung in Schritt 54 zu erfüllen. Wenn der ICE erforderlich ist, dann berechnet die VSC 40 in Schritt 56 das Drehmoment, das von dem ICE 12 angefordert wird. In Schritt 58 ermittelt die VSC 40, ob das Drehmomentniveau des ICE 12 erreicht ist. Nachdem das Drehmomentniveau des ICE 12 erreicht ist, oder wenn der ICE 12 nicht erforderlich ist, bewirkt die VSC 40, dass der M/G 14 das notwendige Drehmoment anwendet, um die Fahreranforderung in Schritt 60 zu erfüllen. Danach misst die VSC 40 in Schritt 62 den Strom des M/G 14 und die Beschleunigung des Fahrzeugs 10.
In Schritt 64 wird die Gesamtmasse des Fahrzeugs plus angekuppeltem Anhänger gemäß den oben beschriebenen Gleichungen berechnet. In Schritt 66 wird die Fahrzeugmasse separat anhand des oben beschrieben Verfahrens mit GPS und Reifenumdrehungen berechnet. In Schritt 68 ermittelt die VSC 40, ob ein Anhänger vorhanden ist. Dies kann auf beliebige Weise erfolgen, zum Beispiel, wenn die Massenberechnung basierend auf dem Drehmoment der elektrischen Maschine ermittelt, dass die Gesamtmasse innerhalb einer bestimmten Menge der bekannten Mindestmasse des Fahrzeugs liegt, dann ist kein Anhänger vorhanden. Gleichermaßen ist dann, wenn die Berechnung ermittelt, dass die Gesamtmasse über einem bestimmten Schwellenwert für Insassen und Ladung innerhalb des Fahrzeugs liegt, ein Anhänger vorhanden. Wenn sich als Alternative die Massenberechnungen basierend auf dem EM-Drehmoment und den GPS/Reifenumdrehungen deutlich voneinander unterscheiden, dann kann ein Anhänger vorhanden sein. Wenn ein Anhänger vorhanden ist, wird der Korrekturfaktor K_c auf die Fahrzeugmassenberechnung aus dem Verfahren mit GPS und Reifenumdrehung in Schritt 70 angewendet und die Anhängermasse wird durch Subtrahieren der Fahrzeugmasse von der Gesamtmasse in Schritt 72 berechnet. Falls kein Anhänger vorhanden ist, dann berechnet die VSC 40 einen Korrekturfaktor K_c basierend auf der Differenz zwischen den Berechnungen des Verfahrens mit dem Drehmoment des M/G 14 und dem Verfahren mit GPS und Reifenumdrehungen in Schritt 74 und speichert den Korrekturfaktor in dem nichtflüchtigen Speicher in Schritt 76.
Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen, die hierin offenbart sind, können von einer Verarbeitungsvorrichtung, Steuerung oder einem Computer bereitgestellt und/oder implementiert werden, die jede beliebige vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder anwendungsspezifische elektronische Steuereinheit einschließen können. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die von einer Steuerung oder einem Computer ausführbar sind, auf viele Arten und Weisen gespeichert sein, einschließlich, jedoch ohne Beschränkung auf in schreibgeschützten Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen dauerhaft gespeicherte Informationen und Informationen, die veränderlich auf nicht schreibgeschützten Speichermedien wie Floppylaufwerken, Magnetbändern, optischen Datenbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert werden. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem softwareausführbaren Objekt implementiert sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen vollständig oder zum Teil unter Verwendung geeigneter Hardware-Komponenten ausgeführt sein, wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gatearrays (FPGA), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder andere Hardware-Komponenten oder -Vorrichtungen oder eine Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Wenngleich bestimmte Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, wird der Fachmann verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche erkennen. Außerdem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen als vorteilhaft oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen gemäß dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine oder mehrere Eigenschaften oder Merkmale beeinträchtigt werden können, um gewünschte Systemattribute zu erzielen, die von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Attributen gehören, jedoch ohne Einschränkung: Kosten, Festigkeit, Strapazierfähigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Gebrauchsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein. Außerdem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine basierend auf der Fahrzeugmasse, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: während sich eine Drehzahl der elektrischen Maschine verändert, Messen eines Stroms, der von der elektrischen Maschine zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten verbraucht wird; Berechnen einer Masse des Fahrzeugs basierend auf den gemessenen Strömen; und Steuern des Betriebs des Fahrzeugs gemäß der berechneten Masse.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns das Steuern von mindestens einem von einem Allradantriebssteuersystem, Getriebesteuersystem, Stabilitätssteuersystem und Bremssystem gemäß der berechneten Masse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Beibehalten eines konstanten Motorantriebsdrehmoments, während sich die Drehzahl der elektrischen Maschine verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Abschalten eines Motors des Fahrzeugs, sodass der Motor kein Antriebsdrehmoment bereitstellt, während sich die Drehzahl der elektrischen Maschine verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Nachverfolgen einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Entfernung und einer Anzahl von Reifenumdrehungen des Fahrzeugs für die zurückgelegte Entfernung und Vergleichen der zurückgelegten Entfernung und der Anzahl der Reifenumdrehungen mit gespeicherten Daten entsprechend einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei einer bestimmtem Masse des Fahrzeugs zurückgelegte Entfernung, wobei das Steuern des Betriebs des Fahrzeugs gemäß der berechneten Masse das Einstellen des Betriebs des Fahrzeugs gemäß dem Vergleich beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die gespeicherten Daten ferner Daten umfassen, die einer Anzahl von Reifenumdrehungen für die bei mehreren Fahrzeugmassen zurückgelegte Entfernung entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Erkennen einer Gegenwart eines gezogenen Gegenstandes, der an dem Fahrzeug befestigt ist, basierend auf mindestens einem der gemessenen Ströme und dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei, wenn kein gezogener Gegenstand erkannt wird, ein Korrekturfaktor für die Einstellung des Betriebs des Fahrzeugs basierend auf den gemessenen Strömen erzeugt wird.