DE112014004383T5

DE112014004383T5 - Schätzen eines Parameters zum Berechnen mindestens einer auf ein Fahrzeug einwirkenden Kraft

Info

Publication number: DE112014004383T5
Application number: DE112014004383.4T
Authority: DE
Inventors: Mikael Ögren; Fredrik Roos
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-06-30
Also published as: WO2015060771A2; WO2015060771A3; SE1351255A1; SE538101C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen von mindestens einem ersten und einem zweiten Parameter für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Motor zum Übertragen einer Antriebskraft (FTraction) auf mindestens ein Antriebsrad umfasst, wobei der erste und zweite Parameter Parameter bei der Berechnung von mindestens einer auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft darstellen, wobei der erste Parameter eine Masse (mV) für das Fahrzeug betrifft. Das Verfahren umfasst: – Schätzen des ersten Parameters (mV), wenn die Antriebskraft (FTraction) für das Fahrzeug eine erste Bedingung erfüllt, und – Schätzen des zweiten Parameters (FModel_Err; CRollRes; CAirRes), wenn die Antriebskraft (FTraction) für das Fahrzeug eine zweite Bedingung erfüllt, die sich von der ersten Bedingung unterscheidet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines ersten und eines zweiten Parameters für ein Fahrzeug, wobei der erste und zweite Parameter jeweils Parameter bei der Berechnung der mindestens einen, auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 darstellen. Die Erfindung betrifft auch ein System zum Schätzen von Parametern gemäß dem Vorstehenden, sowie ein Fahrzeug, das ein solches System umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn ein Fahrzeug gefahren wird, dann ist es in vielen Situationen wichtig, angemessene Kenntnis über die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte zu haben, insbesondere wenn sich das Fahrzeug bewegt.
Insbesondere ist es oftmals wünschenswert, eine gute Kenntnis über die Größenordnung der auf ein Fahrzeug einwirkenden Kräfte zu haben, um eine angemessene Funktion der in Fahrzeugen auftretenden unterschiedlichen Funktionen sicherzustellen. Dies ist vielleicht insbesondere bei Schwerlastkraftwagen angemessen, jedoch auch bei leichteren Fahrzeugen ist es oftmals wünschenswert, angemessene Kenntniss über die Größenordnung der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte zu haben.
Beispielsweise kann Kenntnis über die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte beim Schalten von Gängen verwendet werden, um ein erwartetes Verhalten des Fahrzeugs z. B. beim Öffnen/Schließen und/oder bei Drehmomententlastung des Antriebsstrangs des Fahrzeugs zu bestimmen.
Weiterhin wird eine Geschwindigkeitsregelung mit einer sogenannten Look-Ahead-Funktion immer häufiger eingesetzt. Diese Geschwindigkeitsregelungssysteme simulieren, wie sich das Fahrzeug verhält, wenn es auf einem zukünftigen Straßenabschnitt fährt. Um angemessen zu arbeiten, ist diese Look-Ahead-Funktion jedoch davon abhängig, dass das vorhergesagte Verhalten des Fahrzeugs mit dem tatsächlichen Ergebnis konsistent ist. Damit eine solche Simulation angemessen ausgeführt wird, ist es wichtig, angemessene Kenntnis über die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte zu haben, wie z. B. Motordrehmoment, Antriebsstrangverluste, Rollwiderstand, Luftwiderstand und Fahrzeugmasse.
Ein wichtiger Parameter beim Bestimmen der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte besteht in der Fahrzeugmasse. Die Fahrzeugmasse wirkt sich in großem Umfang auf das Verhalten des Fahrzeugs in vielen Situationen aus, insbesondere dann, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, weshalb es auch sehr wichtig ist, dass man in der Lage ist, eine solche Masse korrekt zu schätzen.
Die Fahrzeugmasse kann insbesondere bei Schwerlastkraftwagen in großem Umfang variieren. Beispielsweise kann die Gewichtsdifferenz zwischen einem unbeladenen Fahrzeug und einem voll beladenen Fahrzeug sehr groß sein, und das Gewicht eines voll beladenen Fahrzeugs kann mehrere Male größer als das Gewicht des unbeladenen Fahrzeugs sein.
Eine solche Gewichtsdifferenz führt aus natürlichen Gründen dazu, dass sich ein unbeladenes Fahrzeug im Vergleich zu einem voll beladenen Fahrzeug ganz anders verhalten wird, z. B. wenn ein Antriebsstrang geöffnet wird, da die Fahrzeugmasse den Fahrwiderstand des Fahrzeugs bedeutend beeinflusst, d. h. die Resultierende der Kräfte wirken während des Betriebs auf das Fahrzeug ein.
Typischerweise wird die Fahrzeugmasse in Berechnungsmodellen auch z. B. zum Berechnen der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte verwendet, wobei die Auswirkung der Masse insbesondere dann sehr groß sein kann, wenn sich das Fahrzeug bewegt.
Beispielsweise hat die Fahrzeugmasse eine große Auswirkung auf die Art, wie die Topografie der Straße auf der das Fahrzeug fährt, auf das Fahrzeug einwirkt, da die Fahrzeugmasse eine große Auswirkung darauf hat, wie stark das Fahrzeug auf einem Gefälle oder einer Steigung beschleunigt oder verlangsamt wird. Dies führt deshalb dazu, dass die Übereinstimmung des erwarteten Verhaltens und des tatsächlichen Ergebnisses jeweils bei z. B. einer Look-Ahead-Geschwindigkeitsregelung in einem größeren Umfang von davon abhängt wie genau die Masse geschätzt wird.
Aus diesem Grund umfassen insbesondere Schwerlastkraftwagen oftmals Funktionen zum Ausführen einer Schätzung der Fahrzeugmasse. Zusätzlich zur Fahrzeugmasse besteht auch ein Bedürfnis nach Kenntnissen von anderen Parametern beim Berechnen der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte, insbesondere wenn sich dieses sich bewegt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens zum Schätzen von Parametern zum Verwenden bei der Berechnung von auf ein Fahrzeug einwirkenden Kräften, wobei eine angemessene Schätzung der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte ebenfalls erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schätzen von mindestens einem ersten und einem zweiten Parameter in einem Fahrzeug gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schätzen von mindestens einem ersten und einem zweiten Parameter in einem Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Fahrzeug einen Motor zum Übertragen einer Antriebskraft auf mindestens ein Antriebsrad umfasst, wobei der erste und zweite Parameter jeweils Parameter bei der Berechnung von mindestens einer auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft darstellen, wobei der erste Parameter aus einer Masse für das Fahrzeug besteht. Das Verfahren umfasst:

– Schätzen des ersten Parameters, wenn die Antriebskraft für das Fahrzeug eine erste Bedingung erfüllt, und
– Schätzen des zweiten Parameters, wenn die Antriebskraft für das Fahrzeug eine zweite Bedingung erfüllt, die sich von der ersten Bedingung unterscheidet.

Wie vorstehend erwähnt, gibt es viele Situationen, in denen angemessene Kenntnis über die auf ein Fahrzeug einwirkenden Kräfte wünschenswert ist, insbesondere dann, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Genauigkeit bei der Schätzung von Parametern, mit denen auf das Fahrzeug einwirkende Kräfte berechnet werden können, verbessert werden, wobei das Verhalten des Fahrzeugs in unterschiedlichen Situationen besser vorhergesagt werden kann.
Dies wird gemäß der Erfindung erreicht, indem ein erster und ein zweiter Parameter geschätzt wird, der sich vom ersten Parameter unterscheidet, wenn andere Bedingungen vorherrschen, während das Fahrzeug gefahren wird. Insbesondere wird eine Schätzung der jeweiligen Parameter zu Zeiten ausgeführt, wenn die Auswirkung der Fehlerquellen, die die Schätzung der jeweiligen Parameter beeinflussen, reduziert wird.
Einer von den ersten der geschätzten Parameter besteht aus der Masse, m_V des Fahrzeugs, wobei gemäß der Erfindung die Masse m_V des Fahrzeugs in einer Situation geschätzt wird, in der die Größe der Antriebskraft für das Fahrzeug eine erste Bedingung erfüllt, wobei die erste Bedingung derart ist, dass die Auswirkung von Parametern, die die Schätzung der Masse beeinflussen, reduziert wird.
Dies kann durch Ausführen einer Schätzung der Fahrzeugmasse bei Gelegenheiten erreicht werden, bei denen die Antriebskraft im Verhältnis zu den anderen Kräften, die sich auf das Fahrzeug auswirken, z. B. wobei die Antriebskraft die Gesamtkraft mindestens einiger anderer, auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte überschreitet, oder ein anwendbares Mehrfaches anderer, auf das Fahrzeug einwirkender Kräfte. Solche anderen, auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte können z. B. aus Luftwiderstandskraft und Rollwiderstandskraft bestehen. Die Antriebskraft ist gewöhnlich gut bekannt, da diese nach dem Stand der Technik einfach unter Verwendung des durch den Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoments berechnet werden kann, das normalerweise im Steuersystem des Fahrzeugs spezifiziert ist, wobei das nach dem Stand der Technik abgegebene Drehmoment unter Verwendung des Übersetzungsverhältnisses und des Raddurchmessers in eine auf die Antriebsräder des Fahrzeugs wirkende Antriebskraft umgewandelt werden kann.
Da die Antriebskraft unter Verwendung des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoments berechnet wird, das oftmals mit guter Genauigkeit spezifiziert ist, kann eine sehr gute Schätzung der Fahrzeugmasse auch erhalten werden, wenn die Einwirkung von anderen Kräften gering ist, und die Schätzung somit primär auf der Antriebskraft basiert.
Die erste Bedingung für die Antriebskraft kann z. B. umfassen, dass die Antriebskraft eine erste Kraft überschreitet, wie z. B. eine Kraft, die demselben anwendbaren Teil des maximalen Drehmoments entspricht, das vom Verbrennungsmotor abgegeben werden kann. Beispielsweise kann die erste Bedingung die Antriebskraft umfassen, die eine Antriebskraft überschreitet, die 50% des vom Verbrennungsmotor abzugebenden Drehmoments repräsentiert. Alternativ kann die Bedingung z. B. die Antriebskraft umfassen, die einem anwendbaren abgegebenen Drehmoment innerhalb eines der folgenden Intervalle entspricht: 50–100% des vom Verbrennungsmotor abzugebenden Drehmoments, 70–100% des vom Verbrennungsmotor abzugebenden Drehmoments, 85–100% des vom Verbrennungsmotor abzugebenden Drehmoments.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein zweiter Parameter geschätzt. Die Schätzung wird ausgeführt, wenn die Größe der Antriebskraft für das Fahrzeug eine zweite Bedingung erfüllt, die sich von der ersten Bedingung unterscheidet. Die zweite Bedingung für die Antriebskraft ist vorzugsweise derart, dass die Antriebskraft einer zweiten Kraft entspricht oder darunter fällt, im höchsten Fall im Vergleich zu der ersten Kraft gleich stark ist. Dementsprechend bedeutet das, dass der erste und zweite Parameter an unterschiedlichen Zeitpunkten geschätzt werden, da die Antriebskraftbedingung derart ist, dass es keine Überlappung gibt. Anders gesagt werden der erste und zweite Parameter nicht gleichzeitig geschätzt.
Vorzugsweise wird der zweite Parameter geschätzt, wenn die Antriebskraft für das Fahrzeug unter einen zuvor festgelegten Teil einer maximalen Antriebskraft fällt, d. h. wenn das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment unter einen zuvor festgelegten Teil eines maximalen Drehmoments fällt. Beispielsweise kann der zuvor festgelegte Teil 40% der Antriebskraft darstellen (das maximale abzugebende Drehmoment).
Dementsprechend kann die Schätzung des ersten und zweiten Parameters in Situationen ausgeführt werden, in denen gute Genauigkeit für jeden der Parameter sichergestellt werden kann, d. h. wo unterschiedliche Kriterien für gute Genauigkeit vorherrschen. Die Kriterien können auch so eingerichtet sein, dass sie sich ändern, während sich das Fahrzeug bewegt, sodass die Kriterien z. B. verschärft werden können, wenn Schätzungen ausgeführt werden, d. h. die Anforderungen für die auszuführende Schätzung kann strenger gesetzt werden, und folglich wird die Schätzung weniger häufig ausgeführt werden.
Die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte können generell mit einem Berechnungsmodell beschrieben werden, das auf das Fahrzeug einwirkenden Antriebswiderstandskräfte repräsentiert, wobei der erste und zweite Parameterwert vorteilhafterweise Parameter im Berechnungsmodell darstellen. Weiterhin können der erste und zweite Parameterwert unter Verwendung des Berechnungsmodells geschätzt werden. Der zweite Parameterwert kann z. B. eine oder mehrere Kräfte im Berechnungsmodell oder einen in der Berechnung einer Kraft enthaltenen Parameter repräsentieren. Der zweite Parameterwert kann z. B. eine oder mehrere Kräfte im Berechnungsmodell oder einen in der Berechnung einer Kraft enthaltenen Parameter repräsentieren.
Die vorliegende Erfindung weist somit den Vorteil auf, dass die Schätzung von Parametern zur Berechnung der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte ausgeführt werden kann, wenn es wahrscheinlich ist, dass die Schätzungen eine hohe Qualität/Genauigkeit erreichen, was auch bedeutet, dass die Anzahl von Schätzungen, die zum Erreichen der gewünschten Genauigkeit erforderlich sind, niedrig gehalten werden können.
Weiterhin ist der Kraftstoffverbrauch in einem Fahrzeug vom Rollwiderstand abhängig. Wenn der Rollwiderstand höher als normal ist, dann ist auch der Kraftstoffverbrauch höher als normal. Ein erhöhter Rollwiderstand kann z. B. deshalb auftreten, weil eine Bremse angezogen ist oder das Fahrzeug unkorrekte Radeinstellungen aufweist. Der erhöhte Widerstand kann auch aufgrund erhöhter Verluste im Antriebsstrang auftreten. Solche Veränderungen bei dem Rollwiderstand sind normalerweise schwer zu erkennen, was jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung erleichtert wird.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie damit zusammenhängende Vorteile werden in der detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, die unten und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A stellt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs dar, in dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
1B stellt eine Steuervorrichtung im Steuersystem für das in 1A dargestellte Fahrzeug dar.
2A–B stellen ein beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt ein weiteres beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A stellt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Fahrzeug 100, das in der schematischen Darstellung in 1A dargestellt ist, umfasst einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor 101, der auf übliche Weise durch eine Abtriebswelle am Verbrennungsmotor 101, üblicherweise über ein Schwungrad 102, über eine Kupplung 106 mit einem Getriebe 103 verbunden ist.
Der Verbrennungsmotor 101 wird durch die Steuerung des Fahrzeugs 100 über eine Steuervorrichtung 115 gesteuert. Gleichermaßen wird die Kupplung 106, die z. B. aus einer automatisch gesteuerten Kupplung bestehen kann, sowie das Getriebe 103 vom Steuersystem des Fahrzeugs 100 mithilfe einer Steuervorrichtung 116 gesteuert.
Eine Abtriebswelle 107 von Getriebe 103 treibt die Antriebsräder 113, 114 über einen Endantrieb 108, wie z. B. eine übliche Differenzialwelle, und die Antriebswellen 104, 105 an, die mit dem Endantrieb 108 verbunden sind. 1A stellt somit ein Schaltsystem eines Typs mit automatisch geschalteten manuellen Getrieben dar, doch die Erfindung ist gleichermaßen auf alle Typen von Antriebssträngen anwendbar, wie z. B. manuelle Getriebe, Doppelkupplungsgetriebe, herkömmliche automatische Getriebe usw. Auf ähnliche Weise ist die Erfindung bei allen Typen von Fahrzeugen anwendbar, bei denen eine Antriebskraft auf das mindestens eine Antriebsrad aufgebracht wird, z. B. mindestens teilweise von einem Elektromotor bei elektrischen Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, oder von einer anderen Leistungsquelle bei anderen Typen von Fahrzeugen.
Generell wirken mehrere Kräfte auf Fahrzeuge ein, wenn diese sich in Bewegung befinden. Gemäß dem Vorstehenden besteht eine dieser Kräfte aus einer Antriebskraft, F_Traction, die das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts antreibt wenn das Fahrzeug in den Rückwärtsgang geschaltet wird. Die Antriebskraft besteht aus der Kraft, die auf die Antriebsräder des Fahrzeugs vom einen oder den mehreren Motoren des Fahrzeugs, im vorliegenden nicht begrenzenden Beispiel der Verbrennungsmotor 101, aufgebracht wird, wobei das vom Verbrennungsmotor 101 abgegebene Drehmoment normalerweise in eine auf die Räder des Fahrzeugs 100 einwirkende Kraft umgewandelt wird. Die Antriebskraft F_Traction kann eingerichtet sein, um interne Verluste des Verbrennungsmotors zu umfassen, wobei die Antriebskraft wenn keine oder nur wenig Arbeit durch den Verbrennungsmotor ausgeführt wird somit negativ sein kann.
Andere auf das Fahrzeug einwirkende Kräfte umfassen eine oder mehrere von Rollwiderstandskraft F_RollRes, Luftwiderstandskraft F_AirRes und Schwerkraft F_Grav. Weiterhin hat der Straßengradient α durch seinen Einfluss auf mehrere der Kräfte gemäß dem Folgenden eine große Auswirkung auf den Antriebswiderstand des Fahrzeugs.
Generell kann ein Berechnungsmodell zum Beschreiben der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte wie folgt ausgedrückt werden: m_va = F_Traction – F_AirRes – F_RollRes – F_Grav – F_Brake (1) wobei somit die Kräfte aus den Kräften gemäß dem Vorstehenden bestehen und F_Brake die Bremskraft repräsentieren, die aufgebracht wird, wenn eines oder mehrere der Bremssysteme des Fahrzeugs, wie z. B. das Fahrbremssystem oder das Zusatzbremssystem, aktiviert werden. m_v die Masse (kg) des Fahrzeugs und a (m/s^2) die Beschleunigung des Fahrzeugs darstellt. m_va das Resultierende F_Tot der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte beschreibt.
Im Verhältnis zu einer Schätzung dieser Kräfte besteht die Antriebskraft F_Traction somit aus dem durch den Motor abgegebenen Drehmoment, das in eine auf die Antriebsräder des Fahrzeugs wirkende Kraft umgewandelt wird. Die anderen, im Berechnungsmodell enthaltenen Kräfte werden z. B. wie folgt geschätzt: F_AirRes = C_AirResν² (2) F_RollRes = C_RollResm_vgcosα (3) F_Grav = m_vgsinα (4) wobei:
ν die Fahrzeuggeschwindigkeit (m/s) darstellt,
α aktueller Gradient für die Fläche, auf der das Fahrzeug fährt (row),
g die Gravitationskonstante darstellt (etwa 9,82 m/s^2,
C_AirRes eine Konstante darstellt, die von der Luftdichte, der Fläche des Fahrzeugs in Fahrtrichtung und dem Luftwiderstandskoeffizienten des Fahrzeugs abhängig ist, der vom Design der dem Wind entgegenstehenden Flächen des Fahrzeugs abhängig ist, und wo prinzipiell alle äußeren Details an dem Fahrzeug eine Auswirkung haben. Der Luftwiderstandskoeffizient kann deshalb schwer berechenbar sein, und folglich besteht ein Risiko, dass die Luftwiderstandskraft unkorrekt geschätzt wird. Die Luftwiderstandskraft ist außerdem stark geschwindigkeitsabhängig, und folglich hat eine unkorrekte Schätzung eine erhöhte Auswirkung bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten.
C_RollRes stellt einen Rollwiderstandskoeffizienten dar, der hauptsächlich von den Reifen/Rädern des Fahrzeugs abhängig ist. Die Rollwiderstandskraft ist auch von der normalen Kraft abhängig, d. h. m_vgcosα, und dementsprechend von der Fahrzeugmasse. Der Rollwiderstandskoeffizient kann auch schwer genau zu bestimmen sein.
Der Antriebswiderstand des Fahrzeugs ist auch von Verlusten im Antriebsstrang des Fahrzeugs abhängig, wobei diese schwer differenzierbar sein können, und deshalb teilweise oder vollständig z. B. in der Rollwiderstandskraft oder der Antriebskraft in der Schätzung enthalten sein können. Insgesamt führt das dazu, dass es ein großes Risiko gibt, dass die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte auf eine Art geschätzt werden, die zu einer unerwünscht großen Abweichung von tatsächlichen Werten führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reduzieren des Risikos einer unkorrekten Schätzung der auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch Schätzen unterschiedlicher Parameter unter unterschiedlichen Bedingungen für das sich in Bewegung befindliche Fahrzeug erreicht.
Wie vorstehend erwähnt, besteht einer der Parameter, die gemäß der vorliegenden Erfindung geschätzt werden, aus der Masse m_v des Fahrzeugs, und gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Fahrzeugmasse geschätzt m_v, wenn die Antriebskraft des Fahrzeugs wesentlich ist, da in solchen Situationen Gleichung (1) eine große Sensitivität im Verhältnis zu der Fahrzeugmasse m_v aufweist, sodass eine angemessene Schätzung der Masse m_v des Fahrzeugs erhalten werden kann, da die Antriebskraft normalerweise mit guter Genauigkeit gemäß dem Vorstehenden geschätzt werden kann. 2A–2B stellen eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei 2A einen ersten Teil 200 des Verfahrens darstellt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist eingerichtet, um durch eine anwendbare Steuervorrichtung im Steuersystem des Fahrzeugs ausgeführt zu werden, z. B. in der Motorsteuervorrichtung 115 (dargestellt in 1A) oder einer anderen anwendbaren Steuervorrichtung im Fahrzeug, z. B. Steuervorrichtung 116 zum Steuern von Kupplung/Getriebe. Die Steuervorrichtung kann somit aus einer vorhandenen Steuervorrichtung im Steuersystem des Fahrzeugs bestehen, und die Funktion zum Schätzen der Fahrzeugmasse kann auch in mehr als einer Steuervorrichtung implementiert werden. Auf ähnliche Weise kann die Schätzung der Fahrzeugmasse eingerichtet sein, um durch mehrere Steuervorrichtungen gleichzeitig und einzeln ausgeführt zu werden. Die Erfindung kann auch in einer der vorliegenden Erfindung gewidmeten Steuervorrichtung implementiert werden.
Generell bestehen Steuerungen in heutigen Fahrzeugen aus einem Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Verbinden einer Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECU), wie z. B. den Steuervorrichtungen oder Steuerungen 115, 116 und verschiedenen, sich im Fahrzeug 100 befindenden Komponenten besteht. Solch ein Steuersystem kann eine große Anzahl von Steuervorrichtungen umfassen, und die Zuständigkeit für eine spezifische Funktion kann über mehr als eine Steuervorrichtung verteilt sein. Aus Vereinfachungsgründen ist in 1A nur eine sehr begrenzte Anzahl von Steuervorrichtungen gezeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Funktion der Steuervorrichtung 115 (oder der Steuervorrichtung(en), in der/denen die vorliegende Erfindung realisiert ist) z. B. von Signalen von der Steuervorrichtung 116 abhängig sein, die das Getriebe/die Kupplung steuert, z. B. um Kenntnis darüber zu erhalten, wann der Antriebsstrang geöffnet wurde. Die Steuervorrichtung 115 empfängt auch andere erforderliche Signale zur Berechnung von Parametern gemäß jeweils dem Vorstehenden und Nachfolgenden. Im Allgemeinen sind Steuervorrichtungen des gezeigten Typs normalerweise so eingerichtet, dass sie Sensorsignale von verschiedenen Teilen des Fahrzeugs 100 sowie verschiedenen Steuervorrichtungen erhalten, die am Fahrzeug 100 vorhanden sind.
Die Steuerung wird häufig durch programmierte Anweisungen gesteuert. Diese programmierten Anweisungen bestehen normalerweise aus einem Computerprogramm, welches bei seiner Ausführung in einem Computer oder einer Steuervorrichtung dazu führt, dass der Computer/die Steuervorrichtung die gewünschte Steueraktion als einen Verfahrensschritt im Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt.
Das Computerprogramm besteht üblicherweise aus einem Teil eines Computerprogrammprodukts, wobei das Computerprogrammprodukt ein geeignetes Speichermedium 121 (siehe 1B) umfasst und das Computerprogramm auf dem Speichermedium 121 gespeichert ist. Das digitale Speichermedium 121 kann z. B. aus einem beliebigem Gerät aus der folgenden Gruppe bestehen: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash, EEPROM (Electrically Erasable PROM), einem Festplattengerät usw., und es kann in oder in Kombination mit der Steuervorrichtung eingerichtet sein, wobei das Computerprogramm durch die Steuervorrichtung ausgeführt wird. Durch Ändern der Anweisungen des Computerprogramms kann das Verhalten des Fahrzeugs somit in einer spezifischen Situation angepasst werden.
Eine beispielhafte Steuervorrichtung (die Steuervorrichtung 115) ist in 1B schematisch dargestellt, und die Steuervorrichtung kann wiederum eine Rechenvorrichtung 120 umfassen, die z. B. aus einem geeigneten Prozessor- oder Mikrocomputertyp bestehen kann, z. B. einer Schaltung zur digitalen Signalverarbeitung (Digital Signal Processor, DSP) oder einer Schaltung mit einer festgelegten spezifischen Funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). Die Rechenvorrichtung 120 ist verbunden mit einer Speichervorrichtung 121, die die Rechenvorrichtung 120 z. B. mit dem gespeicherten Programmcode und/oder den gespeicherten Daten versorgt, die die Rechenvorrichtung 120 zur Durchführung von Berechnungen benötigt. Die Rechenvorrichtung 120 ist auch für das Speichern von Zwischen- oder Endergebnissen von Berechnungen in Speichervorrichtung 121 eingerichtet.
Weiterhin ist die Steuervorrichtung mit Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 zum Empfangen und Senden von Ein- und Ausgabesignalen ausgerüstet. Diese Ein- und Ausgabesignale können Wellenformen, Impulse und sonstige Eigenschaften enthalten, die von Vorrichtungen 122, 125 zum Empfang von Eingabesignalen als Informationen ermittelt werden und von Rechenvorrichtung 120 verarbeitet werden können. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Senden von Ausgabesignalen sind zum Umwandeln des Rechenergebnisses von Rechenvorrichtung 120 in Ausgabesignale zur Übertragung an andere Teile der Steuerung des Fahrzeugs und/oder die Komponente(n) eingerichtet, für die die Signals bestimmt sind. Jede dieser Verbindungen zu den Vorrichtungen zum Empfang und Senden von Eingabe- und Ausgabesignalen kann aus einem oder mehreren Kabel(n), einem Datenbus, wie z. B. einem CAN-Bus (Controller Area Network), einem MOST-Bus (Media Oriented Systems Transport) oder jeder anderen Buskonfiguration oder einer drahtlosen Verbindung, bestehen.
Bezugnehmend auf 2A wird eine beispielhafte Ausführungsform 200 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Schritt 201 in 2A wird bestimmt, ob die Antriebskraft F_Traction des Fahrzeugs eine erste Antriebskraft F_lim1 überschreitet. Der Schwellenwert F_lim1 stellt vorzugsweise eine relativ wesentliche Antriebskraft dar, wie z. B. eine Antriebskraft, die einem vom Motor 101 des Fahrzeugs abgegebenen Drehmoment entspricht, das mindestens 50% des maximalen abzugebenden Drehmoments entspricht.
Alternativ kann der Schwellenwert F_lim1 z. B. als ein geeigneter Teil einer Antriebskraft eingestellt werden, der einem vom Motor 101 des Fahrzeugs gemäß einem der vorstehend beispielhaft aufgeführten Intervalle abgegebenen Drehmoment entspricht.
Wenn in Schritt 201 bestimmt wird, dass die Antriebskraft F_Traction den Schwellenwert F_lim1 überschreitet, dann fährt das Verfahren mit Schritt 202 für eine Schätzung der Masse m_v des Fahrzeugs fort. Die Masse m_v wird mithilfe der vorstehenden Gleichung (1), alternativ der nachfolgenden Gleichung (5) geschätzt, wobei die Antriebskraft F_Traction relativ wesentlich ist, wenn die Schätzung ausgeführt wird. Die anderen, in der Gleichung (1) enthaltenen Kräfte können unter Verwendung von Parametern geschätzt werden, die im Steuersystem des Fahrzeugs gespeichert sind. Die Masse kann auch unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Integration von Gleichung (1) oder (5) geschätzt werden.
Das Verfahren fährt dann mit Schritt 203 fort, in dem bestimmt wird, ob die Schätzung abgeschlossen wurde, und solange dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 202 zurück. Wenn in Schritt 203 bestimmt wird, dass die Schätzung abgeschlossen wurde, fährt das Verfahren mit Schritt 204 fort, in dem der geschätzte Wert für die Fahrzeugmasse in m_v gespeichert wird. Wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Schätzung der Fahrzeugmasse m_v ausgeführt wurde, wird diese geschätzte Fahrzeugmasse m_v in einem Speicher gespeichert. Wenn mehr als eine Schätzung der Fahrzeugmasse m_v ausgeführt wurde, dann können diese mehr als eine Schätzungen gemittelt werden, um eine mittlere Fahrzeugmasse zu erhalten. Die mehr als eine Schätzung m_v können z. B. auch gefiltert werden, um Differenzen auszugleichen. Die neueste Schätzung kann auch mit einem oder mehreren älteren Werten auf eine anwendbare Art gewichtet werden. Gemäß einer Ausführungsform wird vom neuesten geschätzten Wert angenommen, dass er den korrektesten Wert darstellt.
Das Verfahren fährt dann mit Schritt 205 fort, wo bestimmt wird, ob eine weitere Schätzung der Masse m_v des Fahrzeugs ausgeführt werden sollte. Beispielsweise kann die Masse m_v des Fahrzeugs eingerichtet sein, um geschätzt zu werden, bis eine Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Schätzungen als anwendbar klein angesehen wird. Alternativ kann eine bestimmte Anzahl von Schätzungen eingerichtet sein, um ausgeführt zu werden. Die Schätzungen können auch eingerichtet sein, um ununterbrochen während der Reise des Fahrzeugs ausgeführt zu werden. Eine Schätzung kann auch eingerichtet sein, um mit zunehmend strengen Bedingungen zum Ausführen einer Schätzung ausgeführt zu werden, sodass die Bedingungen zur Schätzung seltener erfüllt werden. Somit kann eine Schätzung eingerichtet sein, um öfter z. B. zu Beginn einer Reise aufzutreten, um nachfolgend nur bei zunehmend vorteilhaften Bedingungen für eine angemessene Schätzung ausgeführt zu werden.
Wie vorstehend erwähnt, wird die Schätzung der Masse m_v ausgeführt, wenn die Antriebskraft F_Traction im Verhältnis zu anderen Kräften wesentlich ist, da Kenntnis über und die Genauigkeit der Antriebskraft F_Traction größer als für andere Kräfte sind. Die Anforderung in Bezug auf die Größenordnung der Antriebskraft kann z. B. so eingerichtet sein, um sich zu erhöhen, wenn die Schätzungen ausgeführt werden, sodass Schätzungen somit zunehmend seltener ausgeführt werden.
Anstatt dass die Antriebskraft einen bestimmten Anteil der maximalen Antriebskraft ausmacht, kann die Schätzung eingerichtet sein, um ausgeführt zu werden, wobei F_Traction > x(F_AirRes + F_RollRes). Die Größe von x wird die Anzahl von Schätzungen beeinflussen, die während der Zeitdauer/Distanz ausgeführt werden, und bestimmt auch die Qualität der ausgeführten Schätzungen. Ein hoher Wert für x bedeutet, dass die Schätzungen von guter Qualität, jedoch nur gering sind. Die Größe von x kann eingerichtet sein, um sich zu erhöhen, wenn die Schätzungen ausgeführt werden.
Wenn zusätzliche Schätzungen ausgeführt werden, kehrt das Verfahren zu Schritt 201 zurück, andernfalls endet das Verfahren bei Schritt 206. Das in 2A dargestellte Verfahren kann auch eine überlegene Funktion aufweisen, um die Schätzung in Schritt 202/203 zu unterbrechen, wenn bestimmt wird, dass die Antriebskraft während der Schätzung unter den genannten Schwellenwert F_lim1 fällt, um sicherzustellen, dass keine Schätzung in weniger geeigneten Situationen ausgeführt wird. Die Schätzung der Masse m_v des Fahrzeugs kann z. B. eingerichtet sein, um während eines bestimmten Zeitraums ausgeführt zu werden, wie z. B. in einer bestimmten Anzahl von Sekunden oder über eine bestimmte Distanz, wie z. B. eine bestimmte Anzahl von Metern. Dies wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft nicht nur eine Schätzung der Masse m_v des Fahrzeugs, sondern auch eine Schätzung mindestens eines zusätzlichen Parameters. Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst daher eine Funktion 210 ähnlich derjenigen in 2A, die parallel zu derjenigen in 2A ausgeführt wird, jedoch für die Schätzung eines zweiten Parameters. Dies ist in 2B veranschaulicht. Dieser zweite Parameter kann aus einem anwendbaren Parameter im Berechnungsmodell bestehen, das verwendet wird, um Krafteinwirkung auf das Fahrzeug zu beschreiben, wie z. B. Gleichung (1). Dies umfasst auch einen der Parameter, die für die Berechnung von z. B. den Kräften gemäß Gleichungen (2)–(4) verwendet werden. Dementsprechend kann z. B. C_AirRes oder C_RollRes vom Berechnungsmodell gelöst, und gemäß der vorliegenden Erfindung geschätzt werden.
Das Berechnungsmodell kann somit z. B. die Form gemäß Gleichung (1) annehmen. Generell kann dieses Berechnungsmodell anders erscheinen, da andere Kräfte in größere oder kleinere Komponenten geteilt werden können. Beispielsweise kann die Antriebskraft F_Traction in Gleichung (1) eingerichtet sein, um die Verluste zu umfassen, die im Antriebsstrang bei der Übertragung der durch den Motor erzeugten Kraft auf die Räder des Fahrzeugs auftreten. Auf ähnliche Weise werden in Gleichung (1) die Luftwiderstandskraft und die Rollwiderstandskraft als separate Kräfte dargestellt, wobei diese jedoch alternativ eingerichtet sein können, um durch eine einzelne Kraft repräsentiert zu werden, da sie oftmals schwer voneinander differenzierbar sein können.
Offensichtlich stellt das in Gleichung (1) angezeigte Berechnungsmodell ein Modell dar, bei dem Fehler im Modell oder der Art, in der die im Modell enthaltenen Kräfte berechnet werden, Anlass zu einem Modellfehler geben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dieser Modellfehler deshalb geschätzt, F_ModelError, was somit einen Gesamtfehler für die geschätzten Kräfte darstellt. Gleichung (1) kann deshalb wie folgt umgeschrieben werden: m_va = F_Traction – F_AirRes – F_RollRes – F_Grav – F_ModelError (5)
F_ModelError Repräsentiert somit einen Gesamtfehler für die geschätzten Kräfte und stellt theoretisch null Newton dar, wenn das Modell perfekt mit der Realität zusammenfällt, was jedoch oftmals nicht der Fall ist.
Gemäß Gleichung (5) wurde somit eine zusätzliche Kraft F_ModelError eingeführt. Gemäß dieser Ausführungsform repräsentiert die Kraft F_ModelError daher einen gemeinsamen Modellfehler für die im Modell enthaltenen Kräfte, wobei die Schätzungen von z. B. der Rollwiderstandskraft und Luftwiderstandskraft und Schwerkraft sowie der Antriebskraft F_Traction zusammen mit einem gemeinsamen Korrekturfaktor F_ModelError korrigiert werden können, und folglich z. B. eine neue Schätzung der Fahrzeugmasse nach einer Schätzung von F_ModelError unter Verwendung von Gleichung (5) ausgeführt werden kann, was eine noch bessere Schätzung der erreichten Fahrzeugmasse zum Ergebnis hat. Bevor eine Schätzung von F_ModelError ausgeführt wurde, kann dies auf einen anwendbaren Wert eingestellt sein, wie z. B. auf einen Schätzwert während einer vergangenen Reise oder er kann als Null eingestellt sein, sodass die Fahrzeugmasse somit vorzugsweise unter Verwendung von Gleichung (5) geschätzt wird, selbst wenn es bis dahin noch keine relevante Schätzung von F_ModelError gibt. Offensichtlich kann die erste Schätzung gemäß der Erfindung entweder aus der Fahrzeugmasse oder F_ModelError in Abhängigkeit davon bestehen, welches Schätzkriterium zuerst erfüllt wird.
Auf ähnliche Weise kann eine genauere Schätzung der Fahrzeugmasse m_v z. B. nachfolgend verwendet werden, um eine zusätzlich verbesserte Schätzung von F_ModelError oder dem Umgekehrten oder einem anderen, im Berechnungsmodell enthaltenen Parameter erhalten.
In Bezug auf die Schätzung von F_ModelError sowie anderen Parametern im Modell von Kräften, die auf das Fahrzeug einwirken, gelten somit andere Parameter als im Fall der Schätzung der Fahrzeugmasse, um eine möglichst genaue Schätzung zu erhalten. Deshalb wird in Schritt 211 in 2B anstatt zu bestimmen, ob die Antriebskraft F_Traction einen Schwellenwert überschreitet, wie in Schritt 201 ist nun bestimmt, ob die Antriebskraft F_Traction des Fahrzeugs unter einen zweiten Schwellenwert F_lim2 fällt oder gleich ist.
Im Verhältnis zu der Schätzung von F_ModelError ist es vorteilhaft, wenn die Antriebskraft F_Traction so klein wie möglich ist, da dies in einigen Fällen sehr wesentlich im Verhältnis zu anderen Kräften sein kann, die auf das Fahrzeug einwirken, und somit eine sehr dominierende Auswirkung auf die Berechnungen haben kann. Wenn stattdessen die Schätzung des Modellfehlers F_ModelError oder eines anderen Parameters wie z. B. C_AirRes oder C_RollRes ausgeführt wird, wenn die Antriebskraft F_Traction klein ist, kann eine gute Schätzung des Modellfehlers erhalten werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Schätzung des Modellfehlers F_ModelError ausgeführt, wenn die Antriebskraft F_Traction unter eine Kraft fällt, die z. B. 30% des Drehmoments repräsentiert, das durch den Motor des Fahrzeugs abzugeben ist. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schwellenwert einen höheren Wertannehmen, und gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schwellenwert F_lim2 gleich F_lim1 sein, wobei jedoch die Bedingungen jeweils in den Schritten 201 und 211 immer noch derart sind, dass eine gleichzeitige Schätzung niemals ausgeführt wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schwellenwert einen Wert von niedriger als 30% annehmen, wie z. B. einen Zufallswert innerhalb des Bereichs von 0–30%.
Wenn somit die Bedingung in Schritt 211 erfüllt ist, fährt das Verfahren mit Schritt 212 für eine Schätzung des Modellfehlers F_ModelError fort. Dies wird auf dieselbe Art wie für die Masse m_v des Fahrzeugs, d. h. durch Lösen F_ModelError von Gleichung (5) ausgeführt. Wenn die Masse m_v des Fahrzeugs zuvor geschätzt wurde, dann wird die vorherrschende Schätzung für die Fahrzeugmasse bei der Schätzung des Modellfehlers verwendet.
In Schritt 213 wird dann bestimmt, ob die Schätzung abgeschlossen wurde, und solange dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 212 zurück. Wie vorstehend kann das Verfahren eingerichtet sein, um unterbrochen zu werden, sobald die Bedingung in Schritt 211 nicht mehr erfüllt wird. Wenn die Schätzung abgeschlossen wurde, fährt das Verfahren mit Schritt 214 fort, wo der Modellfehler F_ModelError auf ähnliche Weise gespeichert/aktualisiert wird, wie vorstehend für die Fahrzeugmasse spezifiziert. In Schritt 215 wurde bestimmt, ob zusätzliches Aktualisieren des Modellfehlers erforderlich ist, und wenn dies nicht der Fall ist, wird das Verfahren in Schritt 216 abgeschlossen. Die Kriterien für den Übergang von Schritt 211 bis 212 können genauso wie für die vorstehende Masse m_v des Fahrzeugs eingerichtet sein, um zunehmend strenger eingestellt zu werden, wenn mehr und mehr Schätzungen des Modellfehlers abgeschlossen werden. Dementsprechend heißt das, dass die maximale Antriebskraft, die bei der Schätzung zugelassen wird, im Laufe der Zeit immer niedriger eingestellt werden kann.
Durch Kompensieren, gemäß dem dargestellten Verfahren, von Fehlern bei der Schätzung von z. B. der Masse m_v des Fahrzeugs und des Luftwiderstands/Rollwiderstands mit einem Modellfehler F_ModelError wird herbeigeführt, dass insgesamt eine sehr gute Schätzung der gesamten Stoßkraft, der das Fahrzeug ausgesetzt ist, erhalten werden kann, wobei sich folglich z. B. Simulationen in Verbindung mit der Look-Ahead-Geschwindigkeitsregelung mit dem tatsächlichen Ergebnis decken. Auf ähnliche Weise kann eine gute Steuerung z. B. beim Gangschalten erreicht werden. Weiterhin weist die Erfindung den Vorteil auf, dass jede neue Schätzung von z. B. der Fahrzeugmasse und dem Modellfehler F_ModelError frühere Schätzwerte der jeweiligen anderen Parameter berücksichtigt, und folglich die Masse m_v und Modellfehler (oder andere geschätzte Parameter) mit sehr guter Genauigkeit als Ergebnis konvergieren.
Gleichung (1) stellt auch die Bremskraft F_Brake dar, und selbst wenn dies nicht in Gleichung (5) enthalten ist, kann offensichtlich die Bremskraft F_Brake auch unter Verwendung von Gleichung (5) und/oder Gleichung (1) geschätzt werden. In diesem Fall können vorteilhafterweise andere Parameter wie z. B. Masse m_v und der Modellfehler F_ModelError eingerichtet sein, um zuerst geschätzt zu werden, da diese im Vergleich zu der Bremskraft von konstanterer Art sein können, die von einem Zeitpunkt zudem anderen stark variieren kann, sodass die Bremskraft nachfolgend wann und wenn nötig geschätzt wird, wobei die Schätzung mit einem spezifischen Zeitpunkt wenn die Bremskraft aufgebracht wird in Zusammenhang steht.
Bei dem in 2A–B dargestellten Verfahren wird die Schätzung nur aufgrund der Größe der vorherrschenden Antriebskraft initiiert. In Bezug auf die Masse m_v des Fahrzeugs und des Modellfehlers F_ModelError können zusätzliche Kriterien angewandt werden, damit eine Schätzung initiiert wird. Beispielsweise kann in Bezug auf die Masse m_v des Fahrzeugs eine zusätzliche Anforderung sein, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine anwendbare Geschwindigkeit, wie z. B. eine anwendbare Anzahl von Kilometern pro Stunde, überschreitet. Weiterhin kann eine zusätzliche Anforderung sein, da die Masse eng mit der Beschleunigung im Berechnungsmodell verbunden ist, dass die Beschleunigung a des Fahrzeugs mindestens eine anwendbare Beschleunigung ist. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform das Kriterium für die Beschleunigung derart sein, dass sie 1 m/s² oder 0,5 m/s² überschreitet.
In Bezug auf den Modellfehler F_ModelError sowie anderer Parameter kann es auch in diesem Fall vorteilhaft sein, zusätzliche Kriterien anzuwenden, damit die Schätzung ausgeführt wird. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs hier auch eine anwendbare Geschwindigkeit überschreitet. Weiterhin kann ein Kriterium darin bestehen, dass die Beschleunigung a des Fahrzeugs klein, vorzugsweise so nah wie möglich bei Null m/s² liegt, da eine Beschleunigung von Null m/s² dazu führt, dass der Term links vom Gleichheitszeichen in der Gleichung (5) von den Berechnungen beseitigt wird oder mindestens sehr klein ist. Beispielsweise kann das Kriterium für die Beschleunigung gemäß einer Ausführungsform sein, dass es bis zu einem Maximum von ±0,1 m/s² oder ±0,05 m/s² oder einer anwendbaren Beschleunigung innerhalb eines Bereichs von 0–±0,1 m/s² betragen kann, wobei negative Beschleunigung dazu führt, dass sich das Fahrzeug verlangsamt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass dieser Gradient möglichst nahe Null Grad (Radiant) beträgt, z. B. sodass in diesem Fall die Schwerkraft auch beseitigt werden kann, oder in den Berechnungen sehr klein gemacht werden kann, da der Rollwiderstand und die Schwerkraft vom vorherrschenden Gradienten der Fläche auf der das Fahrzeug fährt abhängig sind. Beispielsweise kann der Gradient auf ein Maximum von einem Zufallsgradienten innerhalb des Bereichs von ±(0–0,1) Radianten oder ±(0–0,05) Radianten begrenzt sein.
Die vorliegende Erfindung lässt somit eine sehr gute Schätzung der Kraftauswirkung zu, der das Fahrzeug beim Fahren ausgesetzt ist. Die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte können jedoch normalerweise bei variierenden Bedingungen schwanken. Beispielsweise ist der Luftwiderstand stark von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig. Das heißt, dass Fehler bei der Luftwiderstandskonstante, die bei der Berechnung der Luftwiderstandskraft verwendet werden, mit steigender Geschwindigkeit eine größere Auswirkung haben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Schätzungen des Modellfehlers F_ModelError deshalb bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten ausgeführt, wobei unterschiedliche Modellfehler F_ModelError bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten z. B. bei der Schätzung der Fahrzeugmasse, angewandt werden können, um die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Modellfehlers F_ModelError zu berücksichtigen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Grund des Modellfehlers F_ModelError bestimmt werden. Der Modellfehler kann derart sein, dass dieser in einem großen Umfang durch Fehler bei den Luftwiderstands- und Rollwiderstandsmodellen beeinflusst wird. Zusätzlich kann der Modellfehler durch Fehler bei der geschätzten Antriebskraft und Fehler bei der geschätzten Masse beeinflusst werden. Wenn der Modellfehler F_ModelError für unterschiedliche Geschwindigkeiten gemäß dem Vorstehenden bestimmt wird, kann somit ein Teil des Modellfehlers bestimmt werden, der dem Luftwiderstand d. h. dem geschwindigkeitsabhängigen Teil zuzuschreiben ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist es möglich, zu bestimmen, wie Großteil des Modellfehlers F_ModelError jeweils dem Luftwiderstand/Rollwiderstand, und den Antriebskräften/-verlusten des Fahrzeugs stromaufwärts z. B. einer Kupplung oder eines Getriebes, zuzuschreiben ist. Ein solches Verfahren 300 ist in 3 veranschaulicht, das wie vorstehend einen nicht gezeigten Teil für die Schätzung der Fahrzeugmasse gemäß dem Vorstehenden umfasst. In Schritt 311 wird wie in Schritt 211 in 2B bestimmt, ob die Antriebskraft des Fahrzeugs unter eine anwendbare Antriebskraft z. B. den Schwellenwert F_lim2, fällt. Zusätzliche Kriterien gemäß der vorstehenden Beschreibung können auch angewandt werden. Wo dies der Fall ist, fährt das Verfahren mit Schritt 312 fort, wo bestimmt wird, ob der Antriebsstrang des Fahrzeugs offen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, werden die Schritte 317–319 ausgeführt, was den Schritten 212–214 in 2B entspricht, d. h. der Modellfehler für einen geschlossenen Antriebsstrang, F_{ModelErrorClosed}, wird wie vorstehend geschätzt. Wenn andererseits der Antriebsstrang offen ist, dann fährt das Verfahren mit Schritt 313 fort, wobei der Modellfehler auch geschätzt wird. In diesem Fall, d. h. wenn der Antriebsstrang offen ist, ist die Antriebskraft per Definition gleich Null, was bedeutet, dass diese vom Berechnungsmodell beseitigt wird. Der in Schritt 313 geschätzte Modellfehler F_{ModelErrorOpen} besteht somit aus einem Modellfehler F_{ModelErrorOpen}, bei dem Fehler bei der geschätzten Antriebskraft sowie Verluste stromaufwärts vom wo der Antriebsstrang geöffnet wird nicht im Ergebnis enthalten sind. Dementsprechend fährt das Verfahren, in dem in Schritt 314 bestimmt wurde, dass die Schätzung des Modellfehlers F_{ModelErrorOpen} für einen offenen Antriebsstrang abgeschlossen ist, mit Schritt 315 fort, wo der Modellfehler F_{ModelErrorOpen} für einen offenen Antriebsstrang auf die vorstehend spezifizierte Art gespeichert/aktualisiert wird, wobei das Verfahren dann mit Schritt 316 fortfährt, wo der Antriebskraftfehler F_{TractionError} als die Differenz zwischen dem Modellfehler für einen offenen Antriebsstrang F_{ModelErrorOpen} und dem Modellfehler für einen geschlossenen Antriebsstrang F_{ModelErrorClosed} bestimmt/aktualisiert wird. Eine ähnliche Aktualisierung wird in Schritt 320 nach der Schätzung von F_{ModelErrorClosed} ausgeführt. Die Aktualisierung jeweils in den Schritten 316 und 320 kann eingerichtet sein, um nur unter der Bedingung ausgeführt zu werden, dass die Schätzungen von beiden, F_{ModelErrorOpen} und F_{ModelErrorClosed}, abgeschlossen wurden. In den Schritten 321 und 322 wird jeweils bestimmt, ob zusätzliche Schätzungen gemäß dem Vorstehenden ausgeführt werden sollten.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, Fehler zu identifizieren, die dem Teil des Antriebsstrangs über dem Punkt zuzuschreiben sind, an dem der Antriebsstrang geöffnet wurde. Dieser Fehler kann z. B. eingerichtet sein, um im Laufe der Zeit an unterschiedlichen Zeitpunkten gespeichert zu werden, um die Identifizierung von Veränderungen beim Modellfehler im Laufe der Zeit z. B. aufgrund von Verschleiß oder aus anderen Gründen zu erleichtern. Wenn der Fehler groß ist, und eine große Bremskraft der Antriebskraft zuzuschreiben ist, kann dies anzeigen, dass etwas z. B. beim Motor des Fahrzeugs nicht in Ordnung ist. Ein großer Modellfehler in Bezug auf die Antriebskraft kann auch aufgrund von Verbrauchern erfolgen, die z. B. über die Zapfwelle verbunden wurden, wobei die Kenntnis des Steuersystems über solche Verbraucher gering ist. Die vorliegende Erfindung lässt auch den Ausgleich für solche Faktoren zu.
Gemäß den vorstehenden Gleichungen (1) und (5) umfasst die Schätzung einen Begriff a, der die Beschleunigung des Fahrzeugs darstellt. Selbst wenn z. B. ein Beschleunigungsmesser verwendet werden kann, wird die Beschleunigung a oftmals durch Ableitung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Das Signal für die Fahrzeuggeschwindigkeit kann jedoch an sich relativ geräuschvoll sein, da es von einem Tachometer erhalten werden kann, sodass das Geschwindigkeitssignal somit bereits einmal abgeleitet ist. Das heißt, dass die Ableitung des Geschwindigkeitssignals, d. h. die Beschleunigung, sehr geräuschvoll sein kann, was eine reduzierte Genauigkeit bei der Schätzung von Parametern gemäß dem Vorstehenden zur Folge haben kann.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Fahrzeugmasse m_V und der Modellfehler oder der Parameter, die während einer Zeitdauer t₀–t_end oder einer Distanz x₀–x_e geschätzt werden, deshalb dort geschätzt, wo die Antriebskraft die jeweiligen Kriterien gemäß dem Vorstehenden erfüllt. Ein solches Verfahren ist in der internationalen Anmeldung WO2012/134377 (A1) zum Schätzen der Fahrzeugmasse beschrieben, wobei somit die Schätzung der Fahrzeugmasse gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig gemäß einem der hier dargestellten Verfahren ausgeführt werden kann.
Generell sind die in dieser Anmeldung dargestellten Vorteile bei der Schätzung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar, wobei jedoch die hier dargestellten Verfahren für die Schätzung der Fahrzeugmasse für die Schätzung der anderen Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst sind, z. B. durch Anwenden von Gleichung (5) anstatt von Gleichung (1) und Lösen von F_ModelError oder dem zu schätzenden Parameter von der Gleichung, sodass die Schätzung gemäß der WO2012/134377 (A1) ausgeführt werden kann.
Im Verhältnis zu der Fahrzeugmasse kann dies von Gleichung (5) mit der Anwendung von Gleichungen (2)–(4) gelöst werden, und wobei die Beschleunigung integriert wird, und als Folge eine Geschwindigkeitsdifferenz zum Ergebnis hat, wie:
Gemäß Gleichung (6) wird die Fahrzeugmasse somit während einer bestimmten Zeitdauer t₀–t_end geschätzt, und basiert somit auf der Auswirkung auf das Fahrzeug, die die im Modell enthaltenen Kräfte während der Zeitdauer t₀–t_end haben. Diese Zeitdauer t₀–t_end kann so eingerichtet sein, dass sie eine Dauer innerhalb eines zulässigen Zeitintervalls hat, d. h. die Zeitdauer t₀–t_end ist länger als eine kleinste zulässige Zeitdauer und kürzer als eine längste zulässige Zeitdauer, wie z. B. eine anwendbare Anzahl von Sekunden.
Da die Schätzung hier im Gegensatz zur Beschleunigung von einer Veränderung bei der Geschwindigkeit abhängig ist, d. h von einer Differenz zwischen einer Startgeschwindigkeit
und einer Endgeschwindigkeit
ist es ausreichend, einen Startwert
und einen Endwert
für die Geschwindigkeit zu bestimmen, sodass eine Ableitung der Geschwindigkeit v, um die Beschleunigung a zu erhalten, nicht erforderlich ist, und eine Schätzung, die auf einem geräuschvollen und fehlererzeugenden Beschleunigungssignal basiert, vermieden werden kann.
Die vorstehend erwähnte Zeitdauer t₀–t_end, die während der die Auswirkung der Kräfte auf das Fahrzeug bestimmt wird, kann auch durch eine Distanz x₀–x_e repräsentiert werden, die während der Zeitdauer t₀–t_end zurückgelegt wird. Dies ist in der WO2012/134377 (A1) beschrieben und somit hier anwendbar. Die Distanz x₀–x_e weist eine Länge innerhalb eines zulässigen Distanzbereichs auf, sodass die Distanz x₀–x_e länger als die kleinste zulässige Länge für die Distanz, und kürzer als die längste zulässige Länge für die Distanz ist. Beispielsweise kann der Zeitraum, damit eine Schätzung als zuverlässig angesehen wird, gemäß einer Ausführungsform länger als der kleinste zulässige Zeitraum (oder länger als eine kleinste zulässige Distanz) sein. Außerdem muss er kürzer als ein maximal zulässiger Zeitraum (oder kürzer als eine maximal zulässige Distanz) sein, was die Anzahl von Berechnungen reduziert, ob die Bedingung für einen langen Zeitraum/eine lange Distanz erfüllt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kleinste zulässige Zeitraum 1 Sekunde und der maximal zulässige Zeitraum ist ein anwendbarer Zeitraum innerhalb des Bereichs 1–60 Sekunden, z. B. 30 Sekunden, wobei die Schätzung eingerichtet sein kann, um solange wie möglich während des zulässigen Zeitraums anzudauern, solange die Bedingungen für die Schätzung erfüllt sind, wobei jedoch die Schätzung abgeschlossen sein kann, bevor der maximale Zeitraum erreicht wurde, sobald eine Bedingung für die Schätzung nicht mehr erfüllt ist. Die Schätzungen können somit unterschiedlichen Längen aufweisen.
Topografische Informationen können auch berücksichtigt werden, was in der genannten Anmeldung ebenfalls beschrieben ist.
In Bezug auf den anderen Parameter, der geschätzt wird, wird dies auf eine ähnliche Art ausgeführt, und für das Beispiel F_ModelError wird folgendes erhalten:
wobei dementsprechend ähnliche Vorteile erhalten werden.
Offensichtlich können die Arten des Ausführens von den in WO2012/134377 (A1) dargestellten Schätzungen gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig für den ersten und den zweiten Parameter angewandt werden.
Ein Vorteil, wenn die Schätzungen auf Ganzzahlen der Kräfte basieren, besteht darin, dass die Berechnung der Schätzung als solche als ein Filter für Unterbrechungen fungiert. Da sich die Schätzungen hier über einen relativ langen Zeitraum t₀–t_end oder über eine relativ lange Distanz x₀–x_e integrieren, wirken sich vorübergehende Fehler, die z. B. durch Rauschen im Straßengradienten α, der Geschwindigkeit oder einer anderen Menge verursacht sind, nur in sehr geringem Umfang auf die Schätzung aus. Somit wird die Schätzung relativ immun gegen Geräusche.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung beschränkt, sondern bezieht sich auf und umfasst alle Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beiliegenden unabhängigen Patentansprüche.

Claims

Verfahren zum Schätzen von jeweils mindestens einem ersten und einem zweiten Parameter für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Motor zum Übertragen einer Antriebskraft (F_Traction) auf mindestens ein Antriebsrad umfasst, wobei der erste und zweite Parameter jeweils Parameter bei der Berechnung von mindestens einer auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft darstellen, wobei der erste Parameter eine Masse (m_V) für das Fahrzeug betrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgendes umfasst: – Schätzen des ersten Parameters (m_V), wenn die Antriebskraft (F_Traction) für das Fahrzeug eine erste Bedingung erfüllt, und – Schätzen des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes), wenn die Antriebskraft (F_Traction) für das Fahrzeug eine zweite Bedingung erfüllt, die sich von der ersten Bedingung unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Bedingung für die Antriebskraft F_Traction) darin besteht, dass die Antriebskraft (F_Traction) eine erste Kraft überschreitet, und wobei die zweite Bedingung für die Antriebskraft (F_Traction) darin besteht, dass die Antriebskraft (F_Traction) gleich oder kleiner als eine zweite Kraft ist, die maximal gleich wie die erste Kraft ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Schätzen des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes), wobei der Gradient (α) der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt, unter einen ersten Gradienten fällt, wie z. B. ein Gradient in Bezug auf eine horizontale Ebene, die maximal bis zu einem zufälligen Gradienten innerhalb des Bereichs von ±(0–0,1) Radianten oder ±(0–0,05) Radianten betragen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend das Schätzen des ersten Parameters (m_V) und/oder des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes), wenn die Geschwindigkeit für das erste Fahrzeug eine erste Geschwindigkeit überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, ferner umfassend das Schätzen des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes), wobei die Beschleunigung für das Fahrzeug maximal eine erste Beschleunigung beträgt, wie z. B. eine Beschleunigung, die maximal ±0,1 m/s² oder ±0,05 m/s² beträgt, oder eine anwendbare Beschleunigung innerhalb des Bereichs 0–±0,1 m/s².
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Schätzen des ersten und zweiten Parameterwerts jeweils aus Parametern in einem Berechnungsmodell besteht, die die auf das Fahrzeug einwirkenden Fahrwiderstandskräfte repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend das Schätzen des ersten und zweiten Parameterwerts unter Verwendung des Berechnungsmodells.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, weiterhin umfassend das Schätzen des zweiten Parameterwerts bei einer Anzahl von Geschwindigkeiten für das Fahrzeug, und Anwenden unterschiedlicher Werte für den zweiten Parameterwert bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei der Berechnung gemäß dem Berechnungsmodell.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zweite Parameterwert aus einem Parameterwert besteht, der eine Gesamtabweichung für mindestens zwei geschätzte Kräfte und entsprechende, auf das Fahrzeug einwirkende tatsächliche Kräfte repräsentiert, weiterhin umfassend: – basierend auf den Schätzungen der Anzahl von Geschwindigkeiten das Bestimmen einer Verteilung für die Abweichung zwischen mindestens zwei geschätzten Kräften.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–8, wobei das Berechnungsmodell die Antriebskraft (F_Traction) und mindestens eine zusätzliche Kraft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine zusätzliche Kraft aus einer oder mehreren von, oder einer Repräsentation der Gesamtkraft von einer oder mehreren von: Rollwiderstandskraft, Luftwiderstandskraft, Schwerkraft besteht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schätzung des ersten Parameterwerts ausgeführt wird, wenn die Antriebskraft (F_Traction) größer als die mindestens eine zusätzliche Kraft ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend, wobei der erste oder zweite Parameter geschätzt wurde, unter Verwendung dieser Schätzung bei der Schätzung des zweiten Parameters.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend, wobei eine vorherige Schätzung des ersten oder zweiten Parameterwerts ausgeführt wurde, und bei einer nachfolgenden Schätzung des ersten oder zweiten Parameterwerts, unter Gewichtung der Schätzung mit mindestens einer zuvor ausgeführten jeweiligen Schätzung des Parameterwerts.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zweite Parameterwert aus einem Parameterwert besteht, der eine Schätzung einer Abweichung zwischen einer geschätzten Kraft und einer auf das Fahrzeug einwirkenden entsprechenden tatsächlichen Kraft repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Abweichung eine Gesamtabweichung für mehrere auf das Fahrzeug einwirkende tatsächliche Kräfte repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, weiterhin umfassend: – bei dem mit den Antriebsrädern verbundenen Motor Ausführen einer ersten Schätzung des zweiten Parameterwerts, – bei dem von den Antriebsrädern getrennten Motor Ausführen einer zweiten Schätzung des zweiten Parameterwerts, und – unter Verwendung der ersten und zweiten Schätzung jeweils des zweiten Parameterwerts Bestimmen einer zuschreibbaren Kraft stromaufwärts der Trennung.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zweite Parameter aus einer auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft besteht, oder ein Parameter, durch dessen Verwendung eine auf das Fahrzeug einwirkende Kraft berechnet werden kann.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ebenfalls umfassend das Schätzen des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes), wobei die Antriebskraft (F_Traction) für das Fahrzeug unter einen zuvor festgelegten Teil eines maximal abzugebenden Drehmoments für den Motor fällt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der zuvor festgelegte Teil ein Maximum von 40% des maximal abzugebenden Drehmoments repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ebenfalls umfassend das Anpassen von mindestens einer von jeweils der ersten und zweiten Bedingung, während das Fahrzeug gefahren wird, wobei die erste und zweite Bedingung jeweils so verändert werden, sodass die Bedingungen zum Schätzen seltener erfüllt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Schätzen von mindestens einem vom ersten und zweiten Parameter, jeweils basierend auf einer Einwirkung auf das Fahrzeug von mindestens zwei Kräften, die während eines Zeitraums t₀–t_end ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Schätzung basierend auf mindestens einem von folgendem ausgeführt wird: – einer Geschwindigkeitsveränderung für das Fahrzeug während des Zeitraums t₀–t_end; und – einer Höhenveränderung für das Fahrzeug während des Zeitraums t₀–t_end.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Zeitraum t₀–t_end eine Distanz x₀–x_e darstellt, die während des Zeitraums t₀–t_end zurückgelegt wurde.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Bedingung eine erste Bedingung in Bezug auf die Größe der Antriebskraft (F_Traction) darstellt, und wobei die zweite Bedingung eine zweite Bedingung in Bezug auf die Größe der ersten Antriebskraft (F_Traction) darstellt.
Computerprogramm, das einen Programmcode umfasst, der bei Ausführung des Programmcodes in einem Computer erreicht, dass der Computer das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–25 ausführt.
Computerprogrammprodukt, das ein computerlesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 26 umfasst, wobei das Computerprogramm im computerlesbaren Medium enthalten ist.
System zum Schätzen von jeweils mindestens einem ersten und einem zweiten Parameter für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Motor zum Übertragen einer Antriebskraft (F_Traction) auf mindestens ein Antriebsrad umfasst, wobei der erste und zweite Parameter jeweils Parameter bei der Berechnung von mindestens einer auf das Fahrzeug einwirkenden Kraft darstellen, wobei der erste Parameter eine Masse (m_V) für das Fahrzeug betrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das System Elemente zum: – Schätzen des ersten Parameters (m_V) umfasst, wenn die Antriebskraft (F_Traction) für das Fahrzeug eine erste Bedingung erfüllt, und – Schätzen des zweiten Parameters (F_{Model_Err}; C_RollRes; C_AirRes) umfasst, wenn die Antriebskraft (F_Traction) für das Fahrzeug eine zweite Bedingung erfüllt, die sich von der ersten Bedingung unterscheidet.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein System nach Anspruch 28 umfasst.