DE19743059A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer den Fahrwiderstand bei einem Kraftfahrzeug repräsentierenden Größe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer den Fahrwiderstand bei einem Kraftfahrzeug repräsentierenden GrößeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung einer den Fahrwiderstand bei einem Kraftfahr
zeug repräsentierenden Größe mit den Merkmalen der unabhän
gigen Ansprüche.
Im Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs sind unterschiedliche
Bauelemente angeordnet wie der Fahrzeugmotor, Motornebenag
gregate (z. B. Stromgenerator, Klimaanlage), eine Kupplung,
ein Drehmomentenwandler, ein in seiner Übersetzung veränder
bares Getriebe, ein Differentialgetriebe und/oder die ange
triebenen Fahrzeugräder. Zur Optimierung der Antriebstrang
steuerung ist es erforderlich, Informationen über den aktu
ellen Lastzustand beziehungsweise den aktuellen Fahrwider
stand des Fahrzeuges zu Verwenden. Ein erhöhter Fahrwider
stand stellt sich beispielsweise beim Fahren an Steigungen
und bei Veränderung des Luftwiderstandsbeiwertes des Fahr
zeuges ein. Ein erhöhter Fahrwiderstand erzeugt eine Fahrsi
tuation, auf die die Steuerung des Antriebstrangs in geeig
neter Weise reagieren soll. Insbesondere ist eine Anpassung
der Strategie zur Übersetzungsbestimmung vorteilhaft.
Elektronische Getriebesteuerungen verfugen über Algorithmen
zur Last- bzw. Fahrwiderstandserkennung. Abhängig von der
erkannten Last beziehungsweise dem erkannten Fahrwiderstand
werden Schaltkennlinien verschoben und/oder weitere Maßnah
men zur Vermeidung von Pendelschaltungen eingeleitet. Zur
Erkennung wird beispielsweise ein Vergleich der tatsächli
chen Fahrzeuglängsbeschleunigung mit der erwarteten Fahrzeu
glängsbeschleunigung vorgenommen. Dazu ist die erwartete
Fahrzeuglängsbeschleunigung zu bestimmen.
Die Patentschrift DE 30 18 032 C2 (US 4,625,590) beschreibt
ein Verfahren, bei dem die erwartete Fahrzeuglängsbeschleu
nigung mit Hilfe des Abtriebsmomentes bestimmt wird. Dabei
wird der Wirkungsgrad des Antriebstrangs berücksichtigt. Das
so bestimmte Ergebnis ist jedoch nur im stationären Fahrbe
trieb korrekt, da die zur Beschleunigung und Verzögerung von
Rotationsmassen im Antriebstrang erforderlichen Momente
nicht berücksichtigt werden.
In der DE 41 38 822 C2 (US 5,557,519) ist ein Verfahren be
schrieben, bei dem die Masse des Fahrzeuges um eine "Rota
tionsmasse" erhöht wird, um diesen Effekt auszugleichen.
Diese Vorgehensweise erfordert jedoch eine gangabhängige
Korrektur dieser "Rotationsmasse".
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit
möglichst wenig Applikationsaufwand den aktuellen Fahrwider
stand sehr genau zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An
sprüche gelöst.
Wie erwähnt geht die Erfindung aus von einem Kraftfahrzeug
mit einem Antriebstrang, wobei die Elemente des Antrieb
strangs rotierbar sind. Als solche Elemente sind der Fahr
zeugmotor, die Motornebenaggregate, die Kupplung, der
Drehmomentenwandler, das in seiner Übersetzung veränderbare
Getriebe, das Differentialgetriebe und/oder die Fahrzeugrä
der zu nennen. Die Bestimmung einer den Fahrwiderstand re
präsentierenden Größe geschieht nun derart, daß eine die mo
mentane Beschleunigung des Fahrzeugs repräsentierende Be
schleunigungsgröße erfaßt wird. Weiterhin wird eine Refe
renzgröße fuhr die Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt und
die den Fahrwiderstand repräsentierende Größe wird abhängig
von einem Vergleich der erfaßten Beschleunigungsgröße mit
der ermittelten Referenzgröße bestimmt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, daß eine Rotationsgrö
ße ermittelt wird, die das Rotationsmoment wenigstens eines
im Antriebstrang angeordneten Elements repräsentiert. Die
Ermittlung der Referenzgröße geschieht erfindungsgemäß ab
hängig von der ermittelten Rotationsgröße. Insbesondere ist
Vorgesehen, daß die Rotationsgrößen einzelner Elemente, die
im Antriebstrang angeordnet sind, separat ermittelt werden.
Durch die Berücksichtigung des zur Verzögerung oder Be
schleunigung jeder einzelnen Komponente des Antriebstrangs
erforderlichen Momentes kann der Fahrwiderstand sehr genau
bestimmt werden. Die separate Berücksichtigung jeder einzel
nen Komponente des Antriebstrang erlaubt eine einfache Vari
antenbildung. So muß z. B. bei einer Änderung der Überset
zungsstufen des verbauten Getriebes lediglich der Teil der
erfindungsgemäßen Ermittlung der Rotationsgröße modifiziert
werden, der die Komponente "Getriebe" betrifft. Eine Anpas
sung globaler Kenngrößen ist nicht erforderlich.
Besonders vorteilhaft ist es, daß Drehbewegungsgrößen, die
die momentanen Drehbewegung der im Antriebstrang angeordne
ten Elemente repräsentieren, erfaßt werden. Die jeweilige
Rotationsgröße wird dann in Abhängigkeit von der erfaßten
momentanen Drehbewegung des jeweiligen Elements ermittelt.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die Drehbewegungsgro
ßen die momentanen Drehgeschwindigkeiten der Elemente erfas
sen.
Durch die Berücksichtigung der Drehbewegungen der einzelnen
Komponenten, die i.a. für die einzelnen Komponenten unter
schiedlich sind, wird der Fahrwiderstand elementar bestimmt.
Aufgrund der physikalischen Basierung entfällt somit eine
Applikation empirischer Kenngrößen. Dadurch wird der Appli
kationsaufwand reduziert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Ermittlung der Refe
renzgröße derart geschieht, daß abhängig von den ermittelten
Rotationsgrößen eine Radantriebsmomentengröße, die das von
den Rädern abgegebene Moment repräsentiert, und/oder eine
Radleistungsgröße, die die von den Rädern abgegebene Lei
stung repräsentiert, gebildet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran
sprüchen zu entnehmen.
Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze zur Fahrwiderstandser
mittelung, während die Fig. 2 die Ermittlung der erwarteten
Längsbeschleunigung darstellt. Die Fig. 3 offenbart die
Drehmomentverhältnisse im Antriebstrang und die Fig. 4 gibt
den Ablauf der Ermittlung der von den Rädern abgegebenen An
triebsleistung an.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert werden.
Durch Vergleich der erwarteten Längsbeschleunigung a_L,erw
mit der tatsächlichen Längsbeschleunigung a_L kann der Fahr
widerstand ermittelt werden. Dazu ist es erforderlich, die
tatsächliche Fahrzeugbeschleunigung zu bestimmen. Diese wird
über ein Zeitintervall [t0-T, t0] ermittelt. In diesem Zeit
intervall ist ebenfalls die erwartete Beschleunigung zu er
mitteln.
Das Prinzip und die Einflußgrößen auf die reale Beschleuni
gung sind in der Fig. 1 dargestellt. Mit dem Block 102 ist
das reale Fahrzeug gekennzeichnet, das bestimmten Größen
(z. B. Fahrbahnsteigung/-gefälle, Fahrzeugmasse, Rollwider
standsbeiwert, Windgeschwindigkeit, Luftdichte, Luftwider
standsbeiwert/cw-Wert) unterliegt, die den Fahrwiderstand
beeinflussen. Aufgrund der in der Summe von den Fahrzeugrä
dern abgegebenen Leistung pw_rad realisiert das reale Fahr
zeug 102 die momentan vorliegende Längsbeschleunigung a_L.
Zur Bestimmung des Fahrwiderstands bestimmt man einen Wert
a_L,erw für die zu erwartende Längsbeschleunigung mittels
eines Fahrzeugreferenzmodells 101. Die wichtigste Eingangs
größe für die Bestimmung der zu erwartenden Längsbeschleuni
gung a_L,erw ist auch hier die in der Summe von den Fahr
zeugrädern abgegebene Leistung pw_rad.
Wie erwähnt erfolgt die Ermittlung der erwarteten Längsbe
schleunigung a_L,erw auf der Grundlage der in der Summe von
den Rädern des Fahrzeuges abgegebenen Antriebsleistung
pw_rad.
Die Fig. 2 zeigt die Berechnungsvorschrift zur Ermittlung
der erwarteten Längsbeschleunigung a_L,erw. Diese ist über
das Zeitintervall [t0-T, t0) zu mitteln.
Hierzu wird in dem noch zu beschreibenden Block 201 die in
der Summe von den Rädern abgegebene Leistung pw_rad ermit
telt. Von diesem Wert werden in den Verknüpfungen 202 und
203 die in den Blöcken 205 und 206 ermittelten Verlustlei
stungen pw_luft und pw_roll zur Überwindung des Luft- und
Rollwiderstandes subtrahiert. Hierbei können diese Verlust
leistungen wie folgt ermittelt werden:
pw_luft = 0.5.rho_luft.cw.(v_fzg)3.A
pw_roll = f_roll.m_fzg.g.v_fzg,
mit rho_luft als Luftdichte, cw als Luftwiderstandsbeiwert,
A als Stirnfläche, v_fzg als Fahrzeuglängsgeschwindigkeit,
m_fzg als Fahrzeugmasse und g als Erdbeschleunigung.
Im Block 204 wird der unter Berücksichtigung des Luft- und
Rollwiderstands ermittelte Leistungswert durch das Produkt
aus der Fahrzeugmasse m_fzg und Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
v_fzg dividiert, um die erwartete Längsbeschleunigung
a_L,erw zu erhalten.
Die Erfassung der am realen Fahrzeug wirkenden tatsächlichen
Längsbeschleunigung a_L geschieht im Block 211 beispielswei
se durch eine Auswertung der Raddrehzahlen.
Durch einen Vergleich der tatsächlichen Längsbeschleunigung
a_L mit der erwarteten Längsbeschleunigung a_L,erw wird im
Block 210 der aktuelle Fahrwiderstand FW ermittelt. Dieser
Wert FW wird dann in der Antriebstrangsteuerung 212 weiter
verarbeitet, beispielsweise zur Adaption der Schaltkennlini
en an den momentan vorliegenden Fahrwiderstand.
Der Rechenblock Antrieb 201 liefert die in der Summe von den
Rädern abgegebene Leistung. Diese bestimmt sich zu:
pw_rad = md_rad.n_rad
Dabei ist md_rad das in der Summe von den angetriebenen Rä
dern abgegebene Moment und n_rad die mittlere Raddrehzahl
der angetriebenen Räder.
Das Moment md_rad wird durch Betrachtung der im Antrieb
strang übertragenen Momente ermittelt.
Bei der Bestimmung der übertragenen Momente wird bei jeder
Komponente des Antriebstrangs das zur Beschleunigung oder
Verzögerung erforderliche Rotationsmoment berücksichtigt,
das sich als Produkt aus Massenträgheitsmoment und Winkelbe
schleunigung ergibt. Die Fig. 3 zeigt dazu die Zuordnung
der Größen zu den einzelnen Komponenten im Antriebstrang.
Die verwendeten Abkürzungen beziehen sich auf Eingangs-,
Ausgangs- und interne Größen der Komponenten. Die Komponen
ten sind nicht notwendigerweise identisch mit Bauteilen im
Antriebstrang. Es werden folgende Komponenten betrachtet:
- - Der Motor mit dem effektiven Motorträgheitsmoment th_m, angetrieben durch das indizierte Moment md_mi und behaf tet mit dem Verlustmoment md_m_ver.
- - Die Nebenaggregate, wobei als Nebenaggregate alle mecha nisch in einem festen Übersetzungsverhältnis mit der Mo torkurbelwelle verbundenen Aggregate (z. B. Stromgenera tor, Klimaanlage) betrachtet werden. Sie greifen in der Summe das Moment md_na von der Kurbelwelle ab und haben in der Summe ein Massenträgheitsmoment th_na.
- - Der Momentenwandler, der sowohl hydrodynamische Wandler als auch Reibkupplungen umfaßt. Er ist durch ein ein gangsseitiges Massenträgheitsmoment th_w_e und durch ein ausgangsseitiges Massenträgheitsmoment th_w_a gekenn zeichnet.
- - Das Getriebe umfaßt beispielsweise Handschaltgetriebe, Stufenautomatgetriebe und stufenlose Umschlingungsgetrie be. Es ist durch ein effektives Trägheitsmoment th_g ge kennzeichnet, das übersetzungsabhängig ist.
- - Das Differentialgetriebe, wobei in dem hier betrachteten Antriebstrang von einem Einspurmodell ausgegangen wird. Somit verfügt das Differentialgetriebe über nur eine Aus gangsdrehzahl. Es ist durch das effektive Massenträg heitsmoment th_d gekennzeichnet.
- - Das Rad. Es steht stellvertretend für alle vier Räder des Fahrzeugs und ist durch das Massenträgheitsmoment th_r gekennzeichnet.
Zur Bestimmung von md_rad wird von jeder Komponente des An
triebstrangs das Ausgangsmoment berechnet. Dabei werden fol
gende Größen herangezogen:
md_mi | Motor: indiziertes Moment (das durch den Verbrennungsvorgang bewirkte Moment) |
md_m_ver | Motor: Summe der Verlustmomente |
md_m_rot | Motor: Rotationsmoment |
md_ma | Motor: Ausgangsmoment |
md_na | Nebenaggregate: Summe der aufgenommenen Momente |
md_na_rot | Nebenaggregate: Summe der Rotationsmomente, bezogen auf die Kurbelwelle |
md_na_eff | Nebenaggregate: Summe der effektiv genutzten Momente |
md_kup | Kupplungsmoment |
md_we | Momentenwandler: Eingangsmoment |
md_w_rot | Momentenwandler: Summe der Rotationsmomente |
md_wa | Momentenwandler: Ausgangsmoment |
md_ge | Getriebe: Eingangsmoment |
md_g_rot | Getriebe: Rotationsmoment |
md_ga | Getriebe: Ausgangsmoment |
md_de | Differential: Eingangsmoment |
md_d_rot | Differential: Rotationsmoment |
md_da | Differential: Summe der Ausgangsmomente |
md_an | Antriebsmoment |
md_rbr | Rad: Summe der Bremsmomente |
md_r_rot | Rad: Summe der Rotationsmomente |
md_rad | Rad: Summe der Radmomente |
Anhand der Fig. 4 soll nun die Berechnung von md_rad darge
stellt werden. Dabei gibt die einer Größe nachgesetzte Be
zeichnung "_dot" die zeitliche Ableitung dieser Größe an.
Weiterhin ist pi = 3.14159. Beim Getriebe und Differential
wird das Massenträgheitsmoment vereinbarungsgemäß auf die
Eingangsseite bezogen.
- - Rechenblock 401 (Motor):
md_ma = md_mi - md_mver - md_m_rot, md_m_rot = 2.pi.th_m.n_m_dot - - Rechenblock 402 (Nebenaggregate):
md_na = md_na_eff + md_na_rot md_na_rot = 2.pi.th_na.n_m_dot - - Rechenblock 403 (Kupplungsmoment):
md_kup = md_ma - md_na - - Rechenblock 404 (Momentenwandler):
md_wa = [(md_we - md_w_rot_e).mue_w] - md_w_rot_a md_w_rot_e = 2.pi.th_w_e.n_we_dot md_w_rot_a = 2.pi.th_w_a.n_wa_dot,
wobei mue_w die stationäre Momentenübersetzung des Momen tenwandlers ist. - - Rechenblock 405 (Getriebe):
md_ga = (md_ge - md_g_rot).mue_g, md_g_rot = 2.pi.th_g.n_ge_dot,
wobei mue_g die stationäre Momentenübersetzung des Ge triebes ist. - - Rechenblock 406 (Differential):
md_da = (md_de - md_d_rot).mue_d, md_d_rot = 2.pi.th_d.n_de_dot,
wobei mue_d die stationäre Momentenübersetzung des Diffe rentials ist. - - Rechenblock 407 (Rad):
md_rad = md_an - md_r_br - md_r_rot, md_r_rot = 2.pi.th_r.n_rad_dot
Zusammenfassend ist zu bemerken, daß durch die Berücksichti
gung des zur Verzögerung oder Beschleunigung jeder einzelnen
Komponente des Antriebstrangs erforderlichen Momentes das
Moment md_rad genauer berechnet wird als in bisher bekannten
Verfahren. Dadurch erhöht sich die Güte des Ermittlungsalgo
rithmus.
Durch die physikalische Basierung der Ermittlung entfällt
eine Applikation empirischer Kenngrößen. Dadurch wird der
Applikationsaufwand reduziert.
Die Aufteilung des Ermittlungsverfahrens in Komponenten er
laubt eine einfache Variantenbildung. So muß z. B. bei einer
Änderung der Übersetzungsstufen des verbauten Getriebes le
diglich der Rechenblock 405 in Fig. 4 modifiziert werden.
Eine Anpassung globaler Kenngrößen wie bei der Berücksichti
gung der Rotationsmomente durch eine "Rotationsgesamtmasse"
ist nicht erforderlich.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung einer den Fahrwiderstand bei ei
nem Kraftfahrzeug repräsentierenden Größe, wobei im Antrieb
strang des Fahrzeugs rotierbare Elemente wie ein Fahrzeugmo
tor, Motornebenaggregate, eine Kupplung, ein Drehmomenten
wandler, ein in seiner Übersetzung veränderbares Getriebe,
ein Differentialgetriebe und/oder Fahrzeugräder angeordnet
sind, mit folgenden Schritten:
- - Erfassung einer die momentane Beschleunigung des Fahr zeugs repräsentierenden Beschleunigungsgröße (a_L)
- - Ermittlung einer Referenzgröße (a_L,erw) für die Be schleunigung des Fahrzeugs,
- - Bestimmung der den Fahrwiderstand bei einem Kraftfahrzeug repräsentierenden Größe abhängig von einem Vergleich der erfaßten Beschleunigungsgröße (a_L) mit der ermittelten Referenzgröße (a_L,erw),
- - eine das Rotationsmoment wenigstens eines im Antrieb strang angeordneten Elements repräsentierenden Rotations größe (md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot) ermittelt wird und
- - die Ermittlung der Referenzgröße (a_L,erw) abhängig von der ermittelten Rotationsgröße geschieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationsgrößen (md_rad, md_m_rot, md_na_rot,
md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot) ein
zelner Elemente, die im Antriebstrang angeordnet sind, sepa
rat ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Drehbewegungsgrößen (n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot,
n_de_dot, n_rad), die die momentanen Drehbewegung der im An
triebstrang angeordneten Elemente repräsentieren, erfaßt
werden und die jeweilige Rotationsgröße in Abhängigkeit von
der erfaßten momentanen Drehbewegung des jeweiligen Elements
ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß die
Drehbewegungsgrößen (n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot,
n_de_dot, n_rad) die momentanen Drehbeschleunigungen der
Elemente erfassen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ermittlung der Referenzgröße (a_L,erw) derart geschieht,
daß abhängig von den ermittelten Rotationsgrößen eine Radan
triebsmomentengröße (md_rad), die das von den Rädern abgege
bene Moment repräsentiert, und/oder eine Radleistungsgröße
(pw_rad), die die von den Rädern abgegebene Leistung reprä
sentiert, gebildet wird.
5. Vorrichtung zur Bestimmung einer den Fahrwiderstand bei
einem Kraftfahrzeug repräsentierenden Größe, wobei im An
triebstrang des Fahrzeugs rotierbare Elemente wie ein Fahr
zeugmotor, Motornebenaggregate, eine Kupplung, ein Drehmo
mentenwandler, ein in seiner Übersetzung veränderbares Ge
triebe, ein Differentialgetriebe und/oder Fahrzeugräder an
geordnet sind, und wobei Mittel vorgesehen sind, mittels der
- - eine die momentane Beschleunigung des Fahrzeugs repräsen tierende Beschleunigungsgröße (a_L) erfaßt wird,
- - eine Referenzgröße (a_L,erw) für die Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt,
- - die den Fahrwiderstand bei einem Kraftfahrzeug repräsen tierende Größe abhängig von einem Vergleich der erfaßten Beschleunigungsgröße (a_L) mit der ermittelten Referenz größe (a_L,erw) bestimmt wird,
- - eine das Rotationsmoment wenigstens eines im Antrieb strang angeordneten Elements repräsentierenden Rotations größe (md_rad, md_m_rot, md_na_rot, md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot) ermitteln und
- - die Referenzgröße (a_L,erw) abhängig von der ermittelten Rotationsgröße ermitteln.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationsgrößen (md_rad, md_m_rot, md_na_rot,
md_w_rot_e, md_w_rot_a, md_g_rot, md_d_rot, md_r_rot) ein
zelner Elemente, die im Antriebstrang angeordnet sind, sepa
rat ermittelt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
Drehbewegungsgrößen (n_m-dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot,
n_de_dot, n_rad), die die momentane Drehbewegung der im An
triebstrang angeordneten Elemente repräsentieren, erfaßt
werden und die jeweilige Rotationsgröße in Abhängigkeit von
der erfaßten momentanen Drehbewegung des jeweiligen Elements
ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß die
Drehbewegungsgrößen (n_m_dot, n_we_dot, n_wa_dot, n_ge_dot,
n_de_dot, n_rad) die momentanen Drehbeschleunigungen der
Elemente erfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ermittlung der Referenzgröße (a_L,erw) derart geschieht,
daß abhängig von den ermittelten Rotationsgrößen eine Radan
triebsmomentengröße (md_rad), die das von den Rädern abgege
bene Moment repräsentiert, und/oder eine Radleistungsgröße
(pw_rad), die die von den Rädern abgegebene Leistung reprä
sentiert, gebildet wird.
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