DE10245270A1

DE10245270A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10245270A1
Application number: DE2002145270
Authority: DE
Inventors: Manfred Hellmann; Rüdiger-Walter Henn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, indem die Fahrzeugmasse unter Verwendung der momentanen Antriebskraft des Kraftfahrzeugs, der momentanen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der momentanen Fahrbahnsteigung ermittelt wird und an triebstrangbeeinflussende Steuereinrichtungen ausgegeben wird, wobei die Ausgangsgrößen der triebstrangbeeinflussenden Steuereinrichtungen in Abhängigkeit der ermittelten Fahrzeugmasse veränderbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeugbeschleunigung, Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung, Berechnungsmittel zur Ermittlung der Fahrzeugmasse und Ausgabemittel auf, mittels dem die ermittelte Fahrzeugmasse an weitere Fahrzeugfunktionen ausgebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeugs, in dem die Fahrzeugmasse unter Verwendung der momentanen Antriebskraft des Kraftfahrzeugs, der momentanen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der momentanen Fahrbahnsteigung ermittelt wird und an triebstrangbeeinflussende Steuereinrichtungen ausgegeben wird, wobei die Ausgangsgrößen der triebstrangbeeinflussenden Steuereinrichtungen in Abhängigkeit der ermittelten Fahrzeugmasse veränderbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeugbeschleunigung, Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung, Berechnungsmittel zur Ermittlung der Fahrzeugmasse und Ausgabemittel auf, mittels derer die ermittelte Fahrzeugmasse an weitere Fahrzeugfunktionen ausgebbar ist.
Stand der Technik
In dem Buch „Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", erschienen im Vieweg-Verlag, Wiesbaden, 1999, 23. Auflage, sind auf den Seiten 588 und folgende die theoretischen Grundlagen des Kraftfahrzeugtriebstranges, insbesondere die Gleichgewichtsbeziehung zwischen Antrieb und Fahrwiderständen beschrieben. So ist mittels der fahrdynamischen Gleichung dargestellt, dass das Kraftangebot der Antriebsmaschine gleich den Fahrwiderständen an den Antriebsrädern, also dem Kraftbedarf sein muss. Dies bedeutet, dass die treibende Kraft in der Reifenaufstandsfläche der Summe der Widerstände, insbesondere des Rollwiderstands, des Steigungswiderstandes, des Beschleunigungswiderstandes sowie des Luftwiderstandes ist.
Kern und Vorteile der Erfindung
Ausgehend von der fahrdynamischen Gleichung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist es der Kern der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Masse eines Kraftfahrzeugs bestimmt werden kann. Eine möglichst exakte Kenntnis der Masse eines Fahrzeugs ist insbesondere für Fahrfunktionen notwendig, die direkt den Triebstrang beeinflussen. So ist beispielsweise eine Getriebesteuerung, die die Schaltcharakteristik in Abhängigkeit der erkannten Masse verändert, besonders vorteilhaft für den Fahrkomfort des Fahrzeugs. Ebenso ist es denkbar, die Regelparameter einer adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung, die die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit erkannter vorherfahrender Objekte regelt, zu verändern, da insbesondere durch eine Erhöhung der Last und damit der Fahrzeugmasse die Eigendynamik des Fahrzeugs verändert wird. Um zu heftiges Beschleunigen oder Verzögern oder zu langsames Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs, das mit einem adaptiven Abstand zum Geschwindigkeitsregler ausgestattet ist, zu vermeiden, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Regeldynamik des adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsreglers die momentane Fahrzeugmasse kennt und das Regelverhalten in deren Abhängigkeit verändern kann. Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhafterweise wird die momentane Fahrbahnsteigung mittels einer digitalen Straßenkarte mit Zusatzinformation in Abhängigkeit der momentanen Fahrzeugposition ermittelt. Denkbar ist, dass die Fahrbahnsteigung als Zusatzinformation auf der digitalen Straßenkarte mitgespeichert ist und in Abhängigkeit eingegebener Koordinaten abgerufen werden kann. Diese Koordinaten können beispielsweise die momentane Fahrzeugposition sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die momentane Fahrzeugposition mittels eines Empfängers, eines Satellitennavigationssystems ermittelbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, als Satellitennavigationssystem das „Global Positioning System" (GPS) zu verwenden. Weiterhin ist es auch denkbar, andere satellitengestützte Navigationssysteme oder Funkpeilsysteme zu verwenden.
Vorteilhafterweise ist die momentane Antriebskraft aus dem momentanen Motorausgangsmoment und der momentanen Triebstrangverstärkung ermittelbar. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die momentane Beschleunigung und/oder die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines Raddrehzahlsensors ermittelbar ist. Raddrehzahlsensoren sind heutzutage weit verbreitet, da diese als Teil einer Antiblockiereinrichtung in vielen Fahrzeugen eingesetzt werden. Aus der Kenntnis der Raddrehzahl lässt sich unter Verwendung des Reifenradius die momentane Geschwindigkeit herleiten und durch zeitliche Differenziation des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals die momentane Fahrzeugbeschleunigung ermitteln.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Beschleunigung mittels eines Beschleunigungssensors ermittelbar ist.
Vorteilhafterweise ist das Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung ein Fahrzeugnavigationssystem mit digitaler Straßenkarte, die Zusatzinformationen, beispielsweise in Form der Fahrbahnsteigung, enthält, das von einem Empfänger eines Satellitennavigationssystems die momentane Fahrzeugposition erhält.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Zusatzinformation der digitalen Straßenkarte mindestens die örtliche Fahrbahnsteigung ist.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer adaptiven Abstands- bzw. Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Die Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Figur zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zu erkennen ist die Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugmasse 1, die eine Eingangsschaltung 2 aufweist. Mittels der Eingangsschaltung 2 werden der Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugmasse 1 Eingangssignale zugeführt. Als Eingangssignale werden der Eingangsschaltung 2 von einer Antriebskraftbestimmungseinrichtung 3 die Antriebskraft F zugeführt, von einem Geschwindigkeitssensor 4 die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit v zugeführt, von einem Beschleunigungssensor 5 die momentane Fahrzeugbeschleunigung a zugeführt sowie von einer digitalen Straßenkarte mit Zusatzinformation oder einem Navigationssystem 7 der momentane Steigungswinkel α der Fahrbahn. Die Antriebskraftbestimmungseinrichtung 3 berechnet aus den beiden Eingangsgrößen Motorausgangsmoment M sowie Strangverstärkung S, die die momentane Triebstrangübersetzung sowie den Triebstrangwiderstand berücksichtigt, die Antriebskraft F, die die Fahrzeugräder auf die Straße übertragen. Der Geschwindigkeitssensor 4, der der Eingangsschaltung 2 ein Geschwindigkeitssignal v zugeführt, kann als Eingangsgröße beispielsweise das Geschwindigkeitssignal der Instrumentenanzeige verwenden, oder aber direkt das Geschwindigkeitssignal aus einem Raddrehzahlsignal berechnen. Der Beschleunigungssensor 5 kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor sein, der nach dem Massenträgheitsgesetz arbeitet. Weiterhin ist auch denkbar, dass das Beschleunigungssignal a nicht von einem Beschleunigungssensor stammt, sondern durch zeitliche Differentiation des Geschwindigkeitssignals v des Geschwindigkeitssensors 4 gebildet wird. Das den momentanen Steigungswinkel der Fahrbahn repräsentierende Signal α, wird beispielsweise von einem Navigationssystem 7 oder einer digitalen Straßenkarte mit Zusatzinformation 7 bereitgestellt. Hierzu ist es notwendig, die aktuelle Position des Fahrzeugs in Form von Koordinaten zu kennen. Hierzu ist ein Empfänger eines Satellitennavigationssystems 6 vorgesehen, der beispielsweise ein GPS-Empfänger sein kann, der aufgrund empfangener Satellitennavigationssignale die momentane Position des Fahrzeugs feststellen kann. Diese Aufenthaltsposition wird in Form von Koordinaten an das Navigationssystem 7 ausgegeben, das über eine digitale Straßenkarte verfügt, in der Zusatzinformationen gespeichert sind. Diese Zusatzinformationen sind erfindungsgemäß mindestens die Fahrbahnsteigungswerte, die den einzelnen Streckenabschnitten der gespeicherten Karteninformation zugeordnet sind. Aus der Kenntnis der momentanen Position des Fahrzeugs kann in der digitalen Straßenkarte der momentane Steigungswinkel α der Fahrbahn nachgeschlagen werden und der Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugmasse 1 mittels der Eingangsschaltung 2 zugeführt werden. Die Eingangssignale, die die Eingangsschaltung 2 empfängt, werden mittels eines Datenaustauschsystems 8 einer Berechnungseinrichtung 9 zugeführt. In der Berechnungseinrichtung 9 wird aus den Eingangsgrößen F, v, a sowie α die aktuelle Fahrzeugmasse m berechnet. Betrachtet man die fahrdynamische Gleichung. FAN = f·mFZG·g·cos(α) + cW·A ρ/2·v2 + mFZg·g·sin(α) + e·mFZG·ax
So kann man den Rollwiderstandsbeiwert F, den Luftwiderstandsbeiwert c_W, die Fahrzeugstirnfläche A, die Luftdichte ρ, die Erdbeschleunigung g sowie den Massenfaktor e als konstant, also als unabhängig von der Fahrzeugmasse m_FZG annehmen. Nimmt man daher folgende Vereinfachungen an:
f_Roll = f·g = konstant,
f_Luft = c_W*A*ρ/2 = konstant
und löst die fahrdynamische Gleichung nach m_FZG auf, so erhält man mFZG = (FAN – fLuft·v2)/(fRoll·cos(α) + g·sin(α)+ e·aX).
Unter der Annahme, dass die Größen f_Luft, f_Roll sowie e konstant sind, lässt sich die Fahrzeugmasse m_FZG in Abhängigkeit der zugeführten Eingangssgrößen F, v, a sowie α näherungsweise berechnen. Der von der Berechnungseinrichtung 9 ermittelte Fahrzeugmassenwert m_FZG wird mittels des Datenaustauschsystems 8 einer Ausgangsschaltung 10 zugeführt, die den berechneten Fahrzeugmassenwert m_FZG an triebstrangbeeinflussende Steuereinrichtungen 11 ausgibt. Diese triebstrangbeeinflussenden Steuereinrichtungen 11 können beispielsweise ein Steuergerät zur Getriebesteuerung, ein Motorsteuergerät und/oder ein Steuergerät zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs sein. In Kenntnis der momentanen Fahrzeugmasse können diese triebstrangbeeinflussenden Steuereinrichtungen 11 ihr eigenes Regelverhalten durch Veränderung von Regelparametern derart verändern, dass einer erhöhten oder verringerten Fahrzeugmasse Rechnung getragen wird und die veränderte Fahrdynamik des Fahrzeugs infolge der erhöhten oder verringerten Fahrzeugmasse m_FZG kompensiert wird.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugmasse (m) unter Verwendung der momentanen Antriebskraft (F) des Kraftfahrzeugs, der momentanen Beschleunigung (a) des Kraftfahrzeugs, der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) sowie der momentanen Fahrbahnsteigung (α) ermittelt wird und an triebstrangbeeinflussende Steuereinrichtungen ausgegeben wird, wobei die Ausgangsgrößen der triebstrangbeeinflussenden Steuereinrichtungen in Abhängigkeit der ermittelten Fahrzeugmasse veränderbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrbahnsteigung mittels einer digitalen Straßenkarte (7) mit Zusatzinformation in Abhängigkeit der momentanen Fahrzeugposition ermittelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Fahrzeugposition mittels eines Empfängers eines Satellitennavigationssystems (6) ermittelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Antriebskraft (F) aus dem momentanen Motorausgangsmoment (M) und der momentanen Triebstrangverstärkung (S) ermittelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Beschleunigung (a) und/oder die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit (v) mittels eines Raddrehzahlsensors (5) ermittelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (a) mittels eines Beschleunigungssensors (5) ermittelbar ist.
Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung der momentanen Antriebskraft vorgesehen sind (3), dass Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeugbeschleunigung (5) vorgesehen sind, Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit (4) vorgesehen sind, dass Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung (7) vorgesehen sind, dass Berechnungsmittel (9) zur Ermittlung der Fahrzeugmasse vorgesehen sind und dass ein Ausgabemittel (10) vorgesehen ist, mittels dem die ermittelte Fahrzeugmasse an weitere Fahrzeugfunktionen ausgebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung (7) ein Fahrzeugnavigationssystem mit digitaler Straßenkarte mit Zusatzinformation ist, das von einem Empfänger eines Satellitennavigationssystems (6) die momentane Fahrzeugposition erhält.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformation der digitalen Straßenkarte mindestens die örtliche Fahrbahnsteigung (α) ist.