JP4087066B2 - 車両の質量の算出方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも１つの駆動原動機によって駆動される車両の質量の算出方法に関する。
【０００２】
欧州特許明細書ＥＰ０６６６４３５Ａ２から、駆動原動機によって発生された牽引力の２回の時間的にずれた測定とそこから得られる加速度とにより規定される、上述したような方法が知られている。この方法は、未知の走行抵抗が２回の連続する測定において本質的に両測定にとり同一であることを前提にするため、この未知の量を減らすことができる。この知られた方法においては、牽引力段階中でも、クラッチが多段変速機のギヤシフトのために開かれている無牽引力段階中でも、その都度車輪トルクの値と車両加速度の値とが算出され、そこから現在の車両質量が計算可能である。上述したような方法は好ましくは、自動変速機を備えた車両では例えば、シフト前に既に牽引力が新しいギヤでまだ十分であり、積載状態とそれにより車両質量とが決定的な影響をもつかどうかを算出できるようにするための走行戦略の範囲内で用いることができる。このような応用では、上述した方法に関して高い精度が必要である。
【０００３】
この知られた方法においては、当該方法が運転者に気づかれることなく自動的に目立たなく行われることが好ましい。多段変速機のギヤチェンジ中にいずれにせよ発生する状態、すなわち無牽引力段階および牽引力段階は、測定のための一定の限界条件として利用される。この方法における欠点は、計算のために考慮した車輪トルクもしくは加速度の値が測定技術上一定のばらつきの影響下にあり、そのため不正確な結果をもたらすことである。
【０００４】
国際出願ＷＯ９３／１８３７５に記載された方法は同様に、牽引力および運動量の２回の時間的にずれた測定の原理に基づくものである。重力の影響を算出するために運転者が測定の実施にあたり同じ区間を異なる牽引力基準値で２回走行することが提案されている。これは実用上の問題のために実車両を用いて道路交通で実施することが困難である。選択肢として、正確に知られている区間形状を有する区間の走行が提案されている。これも、各車両運転者に上述したような区間が提供されておらず、上述したような測定に要する労力が実用上の応用で受け入れられないために問題がある。
【０００５】
従って本発明の課題は、運転者に労力をかけずに自動的に運転者に気づかれずに行われ、その際に、知られた方法よりも高い精度を達成する、上述したような分類に対応する車両質量の決定方法を開発することである。この課題は本発明に従って独立請求項１または２のいずれかの特徴を有する方法によって解決される。
【０００６】
請求項１に記載の方法は特に、牽引力がギヤシフト中に中断される自動変速機に適している。
【０００７】
データ検出期間の持続時間は異なってもよいが、その都度一定の最小持続時間よりも大きく、かつデータ検出期間のうち一方がシフト中に無牽引力段階の範囲内にあり、他方が牽引力段階中のシフト前あるいは後にあるような、２つのデータ検出期間において、牽引力量および運動量の値を非常に高い精度で算出することができ、そこから全体的にこの方法の高い精度が生じる。
【０００８】
請求項１による方法には次式が基礎となる。
【数１】

式中の各記号：
Ｍ_Ｆｚｇ 算出する車両質量（ｋｇ）
Ｆ_Ｚｕｇ 牽引力もしくは車輪で計算された原動機トルク（Ｎ）
Ｍ_Ｇａｎｇ 車両の並進運動によって低減された原動機、クラッチおよび多段変速機の質量慣性モーメントの合計に相当する修正量（ｋｇ）
ｔ_０，ｔ_１ 牽引力段階の開始時点および終了時点
ｖ_０，ｖ_１ 牽引力段階の開始および終了の車両速度（ｍ／ｓ）
ｖ_２，ｖ_３ 無牽引力段階の開始および終了の速度（ｍ／ｓ）
【０００９】
ｔ_２からｔ_３への牽引力の積分は、上式においてＦ_Ｚｕｇが無牽引力段階中にゼロであるため現れない。
【００１０】
この結果は駆動側の質量慣性モーメントが特に小さいギヤ段で大きい影響をもつため、修正係数Ｍ_Ｇａｎｇによって本質的に改善できることが明らかになった。プログラミングのために電子変速機制御に適しかつ上式中に含まれる積分が時間離散の近似法で置換された上式の形は次式によって与えられる。
【数２】

式中の各記号：

ｖ＿ｆｚｇ＿ｆｉｌｔ（ｋ） 時間ステップ（ｋ）でフィルタリングされた車両速度

【００１１】
牽引力段階中（１番目の式参照）の牽引力の積分が時間離散の方法によって高い精度で近似できることが明らかになった。データ検出期間の開始および終了の速度の算出は同様に良好に計算できるため非常に高い精度が達成できる。
【００１２】
独立請求項２による方法は特に負荷下に切換可能な変速機に適している。この変速機ではギヤ数が一般に少なくなり、そこから結果的に段飛びこしが連続のギヤで大きくなる。
【００１３】
つまり、シフト直前の牽引力は多くの場合明らかにシフト直後の牽引力と異なる。請求項２に記載の方法は、第１のデータ検出期間がギヤシフトの直前にあり、かつ第２のデータ検出期間がギヤシフトの直後にあることによって、上述した短く連続する牽引力状態を利用する。第１のデータ検出期間の開始はその場合に例えば切換指令によって解除することができる。一般に切換指令とシフト推移との間で接続するクラッチを満たすために必要な時間はそれによって第１の測定に利用することができる。
【００１４】
請求項２に記載の方法による車両質量の計算には次式が用いられる。
【数３】

式中の各記号：
Ｍ_Ｆｚｇ 算出する車両質量（ｋｇ）
Ｆ_Ｚｕｇ 牽引力もしくは車輪で計算された原動機トルク（Ｎ）
Ｍ_Ｇａｎｇ，ｔ_０１ 車両の並進運動によって低減された原動機、クラッチおよび多段変速機の質量慣性モーメントの合計に相当する第１のデータ検出期間で挿入されたギヤの修正量（ｋｇ）
Ｍ_Ｇａｎｇ，ｔ_２３ 車両の並進運動によって低減された原動機、クラッチおよび多段変速機の質量慣性モーメントの合計に相当する第２のデータ検出期間で挿入されたギヤの修正量（ｋｇ）

【００１５】
ｔ_２からｔ_３への牽引力の積分は、２つのデータ検出期間中に牽引力が関連付けられているため、上式において考慮されている。時間離散の近似法への変換は請求項１に記載の方法に準じて行うことができる。
【００１６】
本発明のその他の詳細なおよび好ましい実施の形態について添付図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、開始時間ｔ_０と終了時間ｔ_３とによって制限された測定時間の範囲において、２で牽引力のグラフを、４で車両速度のグラフを表している。この測定時間の範囲内で第１のデータ検出期間６が牽引力段階中に、かつ第２のデータ検出期間８が無牽引力段階中に互いに時間的にずれて続く。時点ｔ_０およびｔ_１は第１のデータ検出期間の開始および終了を表している。時点ｔ_２およびｔ_３は第２のデータ検出期間の開始および終了を表している。第１のデータ検出期間中、駆動原動機から牽引力が駆動輪に伝達され、これが結果的にｖ_０からｖ_１へ車両の速度変化を生じさせる。面積Ｉ_０１は第１のデータ検出期間６の間の牽引力の時間積分に相当する。シフト段階１０の開始とともに時点ｔ_１で第１のデータ検出期間が終了する。クラッチが時間間隔ｔ_１〜ｔ_２中に多段変速機のギヤシフトのために開かれた後、時点ｔ_２で第２データ検出時間８が始まり、この時間内では牽引力は駆動原動機から駆動輪に伝達されない。転動抵抗、空気抵抗および勾配抵抗を含む走行抵抗の作用下に車両はｖ_２からｖ_３への速度変化を受ける。時点ｔ_３でクラッチが再び閉じられるため、新たなギヤで再び牽引力が伝達される。この方法の基本的な実施では実際にギヤチェンジを行う必要がない。しかし、ギヤチェンジ中に生じる無牽引力段階がこの方法で利用される場合が好ましい。このようなやり方において上述した方法は運転者に気づかれずにかつ目立たなくさせることができる。データ検出期間６，８の持続時間は牽引力の積分形成時に十分な平均値の決定を達成しかつ評価可能な車両の速度変化を保証するために最小持続時間よりも大きくなる。
【００１８】
図１に示したように、牽引力段階６が無牽引力段階８の前にある場合、測定は牽引力段階中に例えば切換過程によって生じる振動のような駆動系内の障害によって損なわれない。その場合にはこの障害の減衰を待機する必要がなく、それによって２つのデータ検出期間の間隔が拡大することになる。２つのデータ検出期間はこのようにして時間的に非常に密に繋がることができる。全体の測定時間が短くなるため、例えば車道勾配のような環境条件でも殆ど変化することがない。
【００１９】
図２に、本発明による方法とその別の実施の形態で用いられる入力量、出力量およびパラメータを示した。アルゴリズムの本質的な出力量が、計算された車両質量ｍｓ＿ｆｚｇである。量ｆ＿ｚｓは現在の牽引力を表す。これは例えば原動機電子制御によって提供された原動機トルク信号と、公知の原動機と車両車輪との間の変速比とから算出することができる。量ｖ＿ｆｚｇ＿ｆｉｌｔは現在の車両速度を表し、これは好ましい方法で駆動系振動および／または車輪スリップの影響を最小限にするために、駆動されていない車両車輪の車輪回転数センサで算出される。
【００２０】
例えば勾配のような走行区間パラメータは制限された道程の範囲内に限定してのみ変化できるという認識を前提として、第１のデータ検出期間の開始と第２のデータ検出期間の開始との間の持続時間中に走った道程が値＃ｄｅｌｔａ＿ｓ＿ｍａｘを超えない場合にのみ質量計算方法が作動することが好ましい。
【００２１】
量ｍｓ＿ｆｚｇ＿ｋｏｒｒは原動機、クラッチおよび多段変速機の質量慣性モーメントを考慮するギヤ依存性の修正量に相当する。このギヤ依存性の量の値は電子変速機制御の特性曲線メモリに貯蔵することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態において、質量計算は車両のイグニッションスイッチ投入後に、または予め設定可能な停止時間＃ｔ＿ｍｓ＿ｓｔｅｈｅｎが経過したとき、このイベントの前に車両の負荷状態の変化が生じることがあるために初期化される。その場合に質量計算アルゴリズムの初期値は＃ｍｓ＿ｆｚｇ＿ｉｎｉに設定される。
【００２３】
この方法の精度は、上述した方法が走行サイクル中に複数回実施され、その都度車両質量の固有値が算出され、それに続き前記固有値から平均値が形成されることによってさらに高めることができる。このような固有値のために電子制御装置にメモリが備えられている。
【００２４】
可能な別の実施の形態においては、初期化によって算出された固有値の数が予め設定可能な最大数＃ａｚ＿ｍｓ＿ｓｔｏｐによって制限され、かつ制限された場合に最後に計算された車両質量の平均値が有効のままになることが考慮されている。それによって電子変速機制御は十分に正確な質量計算の結果が出された後、連続的な、さらなる方法の実施から免除されることができる。
【００２５】
個々の誤り測定の影響を制限するために、上述した方法のもう１つの好ましい実施の形態で算出された固有値のための許容数値範囲が最小の許容限度＃ｍｓ＿ｆｚｇ＿ｍｉｎと最大の許容限度＃ｍｓ＿ｆｚｇ＿ｍａｘとして予め前設定可能である。
【００２６】
個々の測定の精度は、牽引力段階中の牽引力が大きくなるほどますます大きくなる。従って牽引力段階中に多段変速機で挿入されたギヤ段ｚ＿ＩＳＴＧＡＮＧが変速機入力と変速機出力との間で予め設定可能な境界ギヤ段＃ｚ＿ｆｗ＿ｍａｘ＿ｇａｎｇより大きい変速比を有する場合にのみ質量計算方法が作動する場合が好ましい。
【００２７】
内燃機関は許容回転数領域の下端と上端とで一般に回転数への大きなトルク依存性を有するので（アイドリング制御、全負荷速度制御）、牽引力段階中の駆動原動機の回転数が最小原動機回転数＃ｎ＿ｍｓ＿ｍｉｎより大きくかつ最大原動機回転数＃ｎ＿ｍｓ＿ｍａｘより小さい場合にのみ質量計算方法が作動する場合がさらに好ましい。
【００２８】
多くの最新の車両はＡＢＳあるいはＡＳＲのような車輪スリップ検出もしくは回避システムを提供している。誤り測定を回避するために車両車輪で状態量ｚ＿ＡＢＳもしくはｚ＿ＡＳＲによって表示される増加したスリップが検出されない場合にのみ質量計算方法が作動する場合が好ましい。
【００２９】
カーブ走行時に増加しかつ急激に変化した走行抵抗が車両に作用するため、質量計算方法をカーブ走行中に実施しないことが好ましい。走行状態「カーブ走行」は例えばステア角度センサまたは対応する方法によって検出され、かつアルゴリズムが用いる量ｚ＿ｋｕｒｖｅによって表すことができる。
【００３０】
結果に関してのもう１つの改善は、速度検出が非常に小さい速度で不正確になることがあるため、測定時間中の車両速度が予め設定可能な最小速度＃ｖ＿ｍｓ＿ｍｉｎより大きい場合にのみ質量計算方法が作動する場合に達成することができる。入力量ｚ＿ＫＵＰはクラッチ状態を表す。クラッチの一部開放状態では牽引力の算出が非常に困難であるため、クラッチが無牽引力段階中に完全に開放されかつ牽引力段階中に完全に閉じられている場合にのみ質量計算方法が作動する。
【００３１】
誤り測定が生じ得るもう１つの状態は車両のブレーキが作動している場合であり、これは量ｚ＿ＭＢＲ＿ＡＮ（エンジンブレーキ状態）とｚ＿ＦＢｒ（常用ブレーキ状態）とによって表される。本発明の一実施の形態は、車両のブレーキが作動せずかつ最後のブレーキ過程以降少なくとも予め設定可能なむだ時間＃ｔ＿Ｂｒ＿ｔｏｔが経過した場合にのみ質量計算方法が作動することを考慮している。
【００３２】
本発明による方法を実施するための装置に対しても同様の保護が要求される。このような装置は少なくともメモリ領域および評価領域を有する電子変速機制御と、駆動原動機から駆動輪へ伝達された牽引力を算出するための第１の測定手段と、車両速度を算出するための第２の測定手段とを提供する。
【００３３】
牽引力の決定のために用いることが可能の原動機トルク信号は例えば原動機電子制御によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法のデータ検出期間における時間的推移を示す図。
【図２】 本発明の基礎となる質量計算アルゴリズムにおける入力量、出力量およびパラメータを示す概略図。
【符号の説明】
２ 牽引力のグラフ
４ 車両速度のグラフ
６ 第１のデータ検出期間
８ 第２のデータ検出期間
１０ シフト段階
ｔ_０ 第１のデータ検出期間の開始
ｔ_１ 第１のデータ検出期間の終了
ｔ_２ 第２のデータ検出期間の開始
ｔ_３ 第２のデータ検出期間の終了
ｖ_０ ｔ_０での速度
ｖ_１ ｔ_１での速度
ｖ_２ ｔ_２での速度
ｖ_３ ｔ_３での速度
Ｉ_０１ 牽引力段階中の牽引力の時間積分

Claims (19)

1. 少なくとも１つの駆動原動機によって駆動される車両の質量の算出方法であって、一方で始動要素として利用される切換可能なクラッチを介して前記駆動原動機と接続可能であり、かつ他方で駆動側車両の駆動輪と接続された複数のギヤ段を備えた切換可能な多段変速機を有し、前記方法は、ある測定時間以内に少なくとも２回の時間的にずれた測定を含み、前記測定によってその都度少なくとも１つの、駆動原動機によって発生された、車両の駆動輪に運動方向へ作用する牽引力を表す牽引力量と、少なくとも１つの、車両の運動を表す運動量とが算出され、クラッチが多段変速機のギヤシフトのために開かれている無牽引力段階中に前記２回の測定のうちの一方が行われ、かつクラッチが閉じられていて牽引力が駆動輪に伝達される牽引力段階中に前記２回の測定のうちの他方が行われ、かつ両方の時間的にずれた測定の算出量によって車両の現在の質量が計算される、車両の質量の算出方法において、前記２回の測定のうちの第１の測定が第１のデータ検出期間を含み、前記２回の測定のうちの第２の測定が第２のデータ検出期間を含み、前記２つのデータ検出期間の持続時間が最小持続時間よりも大きく、牽引力量が各データ検出期間中に作用する牽引力の時間積分に相当し、かつ運動量が各データ検出期間中に行われた車両の速度変化に相当することを特徴とする、車両の質量の算出方法。
2. 少なくとも１つの駆動原動機によって駆動される車両の質量の算出方法であって、一方で始動要素を介して前記駆動原動機と接続可能であり、かつ他方で駆動側車両の駆動輪と接続された複数のギヤ段を備えた切換可能な多段変速機を有し、前記方法は、ある測定時間以内に少なくとも２回の時間的にずれた測定を含み、前記測定によってその都度少なくとも１つの、駆動原動機によって発生された、車両の駆動輪に運動方向へ作用する牽引力を表す牽引力量と、少なくとも１つの、車両の運動を表す運動量とが算出され、前記２回の測定中に異なる牽引力が関連し、かつ両方の時間的にずれた測定の算出量によって車両の現在の質量が計算される、車両の質量の算出方法において、前記２回の測定のうちの第１の測定が第１のデータ検出期間を含み、前記２回の測定のうちの第２の測定が第２のデータ検出期間を含み、前記２つのデータ検出期間の持続時間が最小持続時間よりも大きく、牽引力量が各データ検出期間中に作用する牽引力の時間積分に相当し、かつ運動量が各データ検出期間中に行われた車両の速度変化に相当し、第１の測定がギヤシフトの直前に行われ、かつ第２の測定がギヤシフトの直後に行われることを特徴とする、車両の質量の算出方法。
3. 両方の時間的にずれた測定のうち、第１の測定が牽引力段階中に、かつ第２の測定が牽引力段階中の駆動系振動の影響を最小限にするために無牽引力段階中に行われる、請求項１に記載の方法。
4. クラッチが無牽引力段階中に完全に開かれてかつ牽引力段階中に完全に閉じられている場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１または３に記載の方法。
5. 車両の質量の計算時に引き続き車両の並進運動によって低減された原動機、始動要素および多段変速機の質量慣性モーメントの合計に相当する修正量が考慮され、かつ多段変速機の負担分がギヤ依存性として記憶された数値対（特性曲線）から算出される、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 走行区間依存性の周囲条件の変化が測定中に制限されていることを保証するために、第１のデータ検出期間の開始と第２のデータ検出期間の開始との間の持続時間中に進んだ道程が一定値を超えない場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 速度が車両の非駆動輪で測定される、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 質量計算が車両のイグニッションスイッチ投入後にまたは予め設定可能な停止時間が経過したときに初期化される、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
9. 前記方法が走行サイクル中に複数回実施され、その都度車両質量のための固有値が算出され、かつ車両質量の現在値が前記固有値からの平均値に相当する、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
10. 初期化後に算出された固有値の数が予め設定可能な最大数によって制限され、かつ車両質量の最後の現在値の最大数の超過後に有効にとどまる、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
11. 算出された固有値のための許容数値範囲が最小および最大の許容限度によって予め設定可能である、請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
12. 牽引力段階中に多段変速機で挿入されたギヤ段が変速機入力と変速機出力との間で予め設定可能な境界ギヤ段より大きい変速比を有する場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
13. 駆動原動機の回転数が牽引力段階中に最小原動機回転数より大きく、かつ最大原動機回転数より小さい場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
14. 車両車輪で増加したスリップが検出されない場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法。
15. 走行状態「カーブ走行」が検出されない場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
16. 測定時間中の車両速度が予め設定可能な最小速度より大きい、請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法。
17. 車両のブレーキが作動していない場合にのみ質量計算方法が作動する、請求項１ないし１６のいずれかに記載の方法。
18. 質量計算方法がブレーキ過程後に予め設定可能なむだ時間の経過後に初めて再び活性化される、請求項１６に記載の方法。
19. メモリ領域および評価領域を有する電子変速機制御と、駆動原動機から駆動輪へ伝達された牽引力を算出するための第１の測定手段と、車両速度を算出するための第２の測定手段とを備えた、請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法の実施に適した装置。

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