DE102016214209A1

DE102016214209A1 - Verfahren zur Berechnung einer Fahrzeugmasse eines Motorfahrzeuges

Info

Publication number: DE102016214209A1
Application number: DE102016214209.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Heilmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Fahrzeugmasse eines Motorfahrzeuges, bei welchem Betriebsparameter des Motorfahrzeuges sensorisch erfasst werden. Bei einem Verfahren, bei welchen auf einen Längsbeschleunigungssensor verzichtet werden kann, wird aus gemessenen Betriebsparametern Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahl ein Fahrbahnwiderstand abgleitet, aus welchem auf die Fahrzeugmasse und eine Fahrbahnsteigung geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Fahrzeugmasse eines Motorfahrzeuges, bei welchem Betriebsparameter des Motorfahrzeuges sensorisch erfasst werden.
Aus der DE 10 2007 056 884 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung einer Kupplung bekannt, bei welchem als Steuergröße eine Fahrzeugmasse verwendet wird.
Die Masse eines Motorfahrzeuges, womit die Masse des Fahrzeuges mit Treibstoff, Fahrer, Ladung und ähnlichem gemeint ist, führt zu einer Veränderung des Fahrverhaltens des Fahrzeuges. Durch eine genaue Kenntnis der Fahrzeugmasse können Regelungssysteme des Motorfahrzeuges, welche die Fahrzeugmasse berücksichtigen, wie beispielsweise eine Gaspedalkennlinie oder eine Kupplungskennlinie, besser adaptiert werden. Dies nutzt der Komfortsteigerung während der Fahrt des Fahrzeuges für die Fahrzeuginsassen als auch dem Bauteilschutz.
Die DE 10 2005 029 587 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges, bei welcher die Fahrzeugmasse mithilfe eines Längsbeschleunigungssensors bestimmt wird. Mittels der von dem Längsbeschleunigungssensor gelieferten Messwerte wird eine Steigung einer Fahrbahn detektiert und daraus die Fahrzeugmasse bestimmt. Nachteilig bei der Nutzung des Längsbeschleunigungssensors ist die Verwendung eines zusätzlichen Sensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Berechnung einer Fahrzeugmasse anzugeben, bei welchem die Fahrzeugmasse bei Motorfahrzeugen ohne einen Längsbeschleunigungssensor bestimmt werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass aus den gemessenen Betriebsparameter Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahl ein Fahrbahnwiderstand abgleitet wird, wobei aus dem Fahrbahnwiderstand auf die Fahrzeugmasse und eine Fahrbahnsteigung geschlossen wird. Die Messung von Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahl ist dabei besonders einfach, da hierfür ausreichende Sensoren im Motorfahrzeug vorhanden sind, deren Sensorsignale zur Bestimmung der Fahrzeugmasse genutzt werden können. Auf zusätzliche Sensoren kann damit verzichtet werden, was das Verfahren kostengünstiger gestaltet. Dies hat den Vorteil, dass zur Bestimmung der Fahrzeugmasse der Längsbeschleunigungssensor nicht benötigt wird. Das vorgeschlagene Verfahren zur Berechnung der Fahrzeugmasse kann sowohl in Motorfahrzeugen mit Handschaltgetrieben wie auch in Motorfahrzeugen mit automatischen Getriebe und allen anderen erdenklich Regelungssystemen eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Messung von Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahl während eines Auswertezeitraumes, in welchem ein Gang des Motorfahrzeuges unveränderlich eingelegt ist. Durch die Konstanthaltung des einmal eingelegten Ganges wird eine Vergleichbarkeit der gemessenen Betriebsparameter während des Auswertezeitraumes ermöglicht, wodurch eine genaue Bestimmung der Fahrzeugmasse gewährleistet wird.
In einer Ausgestaltung werden aus mehreren während des Auswertezeitraumes gemessenen Werten von Motormoment, Motordrehzahl und Raddrehzahl von einer Fahrzeugrelativbeschleunigung abhängige Kupplungsmomente bestimmt und mit einem Näherungsverfahren eine, die Fahrwiderstände charakterisierende Gerade ermittelt. Durch das gewählte Approximationsverfahren lässt sich die Fahrzeugmasse und die Fahrbahnsteigung bestimmen, wobei aus der so ermittelten Geraden sich einfach die Konstanten der Geradengleichung ermitteln lassen. Diese Konstanten werden dabei aus dem berechneten Kupplungsmoment abgeleitet.
In einer Ausführungsform wird als Näherungsverfahren eine lineare Regression verwendet. Die Approximationsverfahren sind aber nicht auf die lineare Regression beschränkt, sondern es können auch andere Näherungsverfahren zur Bestimmung der Geraden herangezogen werden.
In einer Variante werden das Motormoment, die Motordrehzahl und die Raddrehzahl während einer reinen Zug-Phase des Antriebsmotors des Motorfahrzeuges gemessen. Dies ist besonders wichtig, um eine korrekte Berechnung der Konstanten der gefundenen Geradengleichung zu erhalten.
In einer Weiterbildung startet der Auswertezeitraum bei einer positiven Raddrehzahl aus dem Stillstand der Räder des Motorfahrzeuges und wird bei einem Beschleunigungseinbruch oder Auftreten einer negativen Beschleunigung oder einem negativen Motormoment beendet. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei einem Gangwechsel ein Beschleunigungseinbruch auftritt, weshalb die Bestimmung der Fahrzeugmasse abgebrochen wird. Damit wird sichergestellt, dass wirklich nur ein Gang während des Auswertezeitraumes im Getriebe eingelegt ist, was eine genaue Auswertung der Fahrzeugmasse ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird unmittelbar mit dem Start des Auswertezeitraumes eine Gangübersetzung des unveränderlich eingelegten Ganges geschätzt, welche innerhalb des Auswertezeitraumes nach einer Synchronisation von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl berechnet wird. Da der Auswertezeitraum mit einem Anfahrvorgang des Motorfahrzeuges beginnt, kann davon ausgegangen werden, dass nur ein erster oder ein zweiter Gang beim Anfahren eingelegt sind. Um dies aber sicher abzuklären, wird nach der Schätzung der Gang berechnet.
In einer Ausgestaltung wird nach der Synchronisation von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl eine Gangübersetzung aus Motordrehzahl und Raddrehzahl sowie einer festen Achsübersetzung berechnet, wobei bei Übereinstimmung des geschätzten und der berechneten Gangübersetzung der der Gangübersetzung entsprechende Gang für den gesamten Auswertezeitraum angenommen wird. Somit wird sichergestellt, dass der Gang, welcher für den Auswertezeitraum zugrunde gelegt wird, unveränderlich bleibt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Geraden zur Ableitung der Fahrbahnwiderstände, bei welchen das Kupplungsmoment über der Fahrzeugbeschleunigung dargestellt ist,
2 eine Prinzipdarstellung eines Auswertebereiches.
In Motorfahrzeugen wird die Fahrzeugmasse m_Fzg besonders einfach und schnell berechnet, wenn in einem vorgegebenen Auswertebereich A ein Motormoment M_Motor, eine Motordrehzahl n_Mot und eine Raddrehzahl n_Rad des Motorfahrzeuges gemessen werden. Aus dem Motormoment M_Motor wird ein Kupplungsmoment M_Kupp berechnet, welches, wie in 1 dargestellt, über einer Fahrzeugrelativbeschleunigung a_Fzg abgelegt ist. Die in 1 dargestellte Gerade wird nach
berechnet. Diese Gerade beruht auf den Fahrwiderständen F_FW bestehend aus Luftwiderstand F_Luft, Rollwiderstand F_Roll, Steigungswiderstand F_Steig und Beschleunigungswiderstand F_Beschl, wobei das benötigte Drehmoment M_Rad am Rad des Fahrzeuges unter Berücksichtigung des dynamischen Rollradius r_dyn abgeleitet werden. F_FW = F_Luft + F_Roll + F_Steig + F_Beschl mit M_Rad = r_dyn·(F_Luft + F_Roll + F_Steig + F_Beschl) bzw. M_Rad = M_Luft + M_Roll + M_Steig + M_Beschl (2).
Der Luftwiderstand F_Luft kann vernachlässigt werden, da dieser im betrachteten Bereich als klein angenommen werden kann. Allerdings kann eine Einbeziehung des Luftwiderstandes F_Luft die Genauigkeit des Kupplungsmomentes M_Kupp verbessern.
Das benötigte Raddrehmoment M_Rad wird bei Motorfahrzeugen durch das Kupplungsmoment M_Kupp bereitgestellt, wobei dieses mit der Gesamtübersetzung i_Ges, bestehend aus Gang und Achsübersetzung, verrechnet wird.
Es gilt: M_Kupp·i_Ges = M_Rad (3).
Das Kupplungsmoment M_Kupp wird mittels des Motormomentes M_Motor unter Berücksichtigung der Trägheitsverluste J_Motor berechnet. M_Kupp = M_Motor – J_Motor· • / ω_Motor (4).
Das Steigungswiderstandsmoment M_Steig und das Rollwiderstandsmoment M_Roll werden als Fahrbahnwiderstandsmoment M_Fb zusammengefasst. Setzt man die Gleichung (3) in Gleichung (2) ein, ergibt sich für das benötigte Kupplungsmoment:
Das Beschleunigungswiderstandsmoment M_Beschl wird dabei getrennt betrachtet, da die restlichen Widerstände im betrachteten Bereich als nahezu konstant angenommen werden können. Für das Beschleunigungswiderstandsmoment M_Beschl und das Fahrbahnwiderstandsmoment M_Fb ergibt sich mit dem Triebstrangwirkungsgrad η und dem Rollwiderstand μ_Roll zwischen Reifen und Asphalt:
M_Fb = m_Fzg·g·(cos(alpha)·μ_Roll + sin(alpha))·r_dyn (7)
Unter den beschriebenen Annahmen kann die Gleichung (1) im betrachteten Bereich als lineare Funktion f(x) = ax + b beschrieben werden, wobei x die Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg darstellt. Damit können aus Gleichung (1) die Konstanten a und b abgeleitet werden.
Die Fahrzeugmasse m_Fzg folgt aus der umgestellten Gleichung (8), woraus sich die Gleichung (8.1) ergibt.
Das Fahrbahnwiderstandsmoment M_Fb wird über den y-Achsenabschnitt (Kupplungsmoment M_Kupp) bestimmt.
Aufgelöst nach der Fahrbahnsteigung ergibt sich die Gleichung 9.1
Vor der Berechnung der Fahrbahnwiderstände F_Fb muss der Auswertebereich A festgelegt werden, in welchem das Motormoment M_Motor, die Motordrehzahl n_Mot und die Raddrehzahl n_Rad gemessen werden. Dieses muss in einer reinen Zug-Phase des Motorfahrzeuges geschehen, da andernfalls das Kupplungsmoment M_Kupp, welches aus dem Motormoment M_Motor berechnet wird, nicht korrekt ist. Die in 1 untersuchte Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg bezieht sich auf die Fahrzeugrelativbeschleunigung und wird somit aus der Ableitung der Raddrehzahl n_Rad berechnet, wobei bei einem Motorfahrzeug mit nicht angetriebenen Rädern die Raddrehzahl n_Rad als Mittelwert der beiden nicht angetriebenen Räder bestimmt wird. Im Gegensatz dazu wird bei einem Allrad-Antrieb der Mittelwert aus den Raddrehzahlen aller Räder bestimmt.
Der zu untersuchende Auswertebereich A startet bei Beginn des Anfahrens des Motorfahrzeuges und endet spätestens beim ersten Gangwechsel, was in 2 verdeutlicht ist.
Als Startzeitpunkt wird eine positive Drehzahlrampe der Räder des Motorfahrzeuges aus dem Stillstand heraus angesetzt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Getriebedrehzahl n_G anzusteigen, während die Motordrehzahl n_Mot um einen bestimmten Wert schwankt. Mit dem Anfahren des Motorfahrzeuges stellt sich die Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg ein. Der Auswertebereich A endet bei einem Beschleunigungseinbruch bzw. wenn eine negative Beschleunigung oder ein negatives Motormoment M_mot erkannt werden.
Der Auswertebereich A umfasst einen Unterbereich A_U, welcher beginnt, wenn Motordrehzahl n_Mot und Getriebedrehzahl n_G synchronisiert sind. In diesem Unterbereich A_U wird der eingelegte Gang, welcher am Anfang des Auswertebereiches A geschätzt wurde, berechnet, was durch den Vergleich der Motordrehzahl n_Mot mit der Raddrehzahl n_Rad nach der Synchronisation möglich ist. Für die Gangübersetzung i_Gang gilt bei einer festen Achsübersetzung i_Achs:
Da die Übersetzungen des Motorfahrzeuges bekannt sind, muss die berechnete Gangübersetzung nur mit der Gangübersetzung, die dem geschätzten Gang zugrunde liegt, verglichen werden. Stimmen diese überein, so wird der so plausibilisierte Gang für den gesamten Auswertebereich angenommen.
Mit den Gleichungen 8.1 und 9.1 können das Fahrzeuggewicht sowie die Fahrbahnsteigung im beschriebenen Zeitraum angenähert werden. Zur Plausibilisierung der berechneten Werte können die Steigung und das Gewicht miteinander verglichen werden. Zusätzlich kann als Vergleich zur berechneten Fahrzeugmasse auf Fahrzeugsensoren, die an sich im Fahrzeug vorhanden sind, zurückgegriffen werden. Über die Tankfüllmenge, etwaige vorhandene Sitzsensoren sowie die Erkennung eines Anhängers kann die Fahrzeugmasse eingegrenzt werden.
Bezugszeichenliste

M_Motor

Motormoment

n_rad

Raddrehzahl

n_Mot

Motordrehzahl

M_Kupp

Kupplungsmoment

F_Luft

Luftwiderstand

F_Roll

Rollwiderstand

F_Steig

Steigungswiderstand

F_Beschl

Beschleunigungswiderstand

M_Rad

Raddrehmoment

r_dyn

dynamischer Rollradius

i_Ges

Gesamtübersetzung

J_Motor

Trägheitsverlust

F_Fb

Fahrbahnwiderstand

a_Fzg

Fahrzeugbeschleunigung

μ_roll

Rollwiderstand

η

Triebstrangwirkungsgrad

A

Auswertezeitraum

A_U

Unterzeitraum

n_G

Getriebedrehzahl

i_Gang

Gangübersetzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007056884 A1 [0002]
DE 102005029587 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Berechnung einer Fahrzeugmasse eines Motorfahrzeuges, bei welchem Betriebsparameter des Motorfahrzeuges sensorisch erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus gemessenen Betriebsparametern Motormoment (M_Motor), Motordrehzahl (n_Mot) und Raddrehzahl (n_Rad) ein Fahrbahnwiderstand (F_Fb) abgleitet wird, aus welchem auf die Fahrzeugmasse (m_Fzg) und eine Fahrbahnsteigung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung von Motormoment (M_Motor), Motordrehzahl (n_Mot) und Raddrehzahl (n_Rad) während eines Auswertezeitraumes (A) erfolgt, in welchem ein Gang des Motorfahrzeuges unveränderlich eingelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren während des Auswertezeitraumes (A) gemessenen Werten von Motormoment (M_Motor), Motordrehzahl (n_Mot) und Raddrehzahl (n_Rad) von einer Fahrzeugrelativbeschleunigung (a_Fzg) abhängige Kupplungsmomente (M_Kupp) bestimmt werden und mit einem Näherungsverfahren eine, die Fahrwiderstände (F_FW) charakterisierende Gerade ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Näherungsverfahren eine lineare Regression verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter Motormoment (M_Motor), Motordrehzahl (n_Mot) und Raddrehzahl (n_Rad) während einer reinen Zug-Phase des Antriebsmotors des Motorfahrzeuges gemessen werden
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertezeitraum (A) bei einer positiven Raddrehzahl (n_Rad) aus dem Stillstand der Räder des Motorfahrzeuges gestartet und bei einem Beschleunigungseinbruch oder Auftreten einer negativen Beschleunigung oder einem negativen Motormoment (M_Motor) beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar mit dem Start des Auswertezeitraumes (A) eine Gangübersetzung (i_Gang) des unveränderlich eingelegten Ganges geschätzt wird, welche innerhalb des Auswertezeitraumes (A) nach einer Synchronisation von Motordrehzahl (n_Mot) und Getriebedrehzahl (n_G) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Synchronisation von Motordrehzahl (n_Mot) und Getriebedrehzahl (n_G) eine Gangübersetzung (i_Gang) aus Motordrehzahl (n_Mot) und Raddrehzahl (n_Mot) sowie einer festen Achsübersetzung (i_Achs) berechnet wird, wobei bei Übereinstimmung des geschätzten und der berechneten Gangübersetzung (i_Gang) ein der Gangübersetzung (i_Gang) entsprechender Gang für den gesamten Auswertezeitraum (A) angenommen wird.