WO2017211341A1 - Verfahren zur bestimmung einer masse eines fahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a mass of a vehicle with an electromechanical roll stabilizer. Furthermore, the invention relates to a device for determining the mass of the vehicle, comprising the electromechanical roll stabilizer.
  • each axle of a motor vehicle has a roll stabilizer which operates on the torsion bar principle.
  • the roll stabilizer is arranged substantially parallel to the wheel axle and connected at both ends to a respective wheel suspension.
  • the roll stabilizer is used to stabilize the body structure against unwanted rolling movements about the longitudinal axis, in particular the roll axis of the motor vehicle. Such rolling movements occur, for example, when cornering of the motor vehicle.
  • the rolling motion of the vehicle is influenced by the roll stabilizer by the compression movement of the left and right wheel suspension of an axle is coupled together using the roll stabilizer.
  • DE 10 2013 205 903 A1 discloses a roll stabilizer for a vehicle.
  • the roll stabilizer comprises an actuator for generating a torsional moment about a torsion axis.
  • EP 2 085 656 A2 discloses a system for estimating a mass of a vehicle, in particular a lorry.
  • the system includes a processor adapted to receive a signal for estimating the mass of the vehicle to then adjust a gear ratio of a transmission as a function of vehicle mass.
  • the object of the present invention is to develop a method for determining a mass of a vehicle. Furthermore, the object of the present invention is also to provide a device for determining the mass of the vehicle.
  • a torque of the electromechanical roll stabilizer and a roll angle of the vehicle and a transverse acceleration of the vehicle are used to determine the mass of the vehicle.
  • the torque of the electromechanical roll stabilizer is to be understood as meaning the torque which is generated for roll stabilization of the vehicle in the roll stabilizer, in particular the torque which acts around the roll axis of the vehicle.
  • the torque of the electromechanical roll stabilizer is in an actuator of the electromechanical roll stabilizer, comprising an electric motor, a control device and a transmission, in particular a planetary gear generated.
  • the roll angle of the vehicle depends on further vehicle-specific constants.
  • a first constant namely the product of a spring stiffness and the square of a spring spacing of two springs of a respective wheel axle is used.
  • the spring stiffness is dependent on the respective spring of a respective shock absorber.
  • the spring spacing of two springs of a respective wheel axle is to be understood as meaning the distance between two springs of a respective wheel axle transversely to the longitudinal axis of the vehicle.
  • a second constant namely a distance between a roll axis and a center of gravity of the vehicle is used to determine the mass of the vehicle.
  • a second constant namely a distance between a roll axis and a center of gravity of the vehicle is used to determine the mass of the vehicle.
  • Under the roll axis of the vehicle is substantially to understand the longitudinal axis of the vehicle. The higher the vehicle, the greater the distance between the roll axis and the center of gravity of the vehicle. Further, the center of gravity of the vehicle is a fictitious point on which all the dynamic forces of the vehicle act.
  • the device according to the invention for determining the mass of the vehicle comprises the electromechanical anti-roll bar, which generates a torque for roll stabilization of the vehicle, and means for determining the roll angle of the vehicle and means for determining the lateral acceleration of the vehicle, wherein the mass of the vehicle at least the torque of the electrome- chanical roll stabilizer and the roll angle of the vehicle and the lateral acceleration of the vehicle can be determined.
  • the torque of the electromechanical roll stabilizer is added to the first constant, namely the product of the spring stiffness and the square of the spring spacing of two springs of the respective wheel axle and multiplied by the roll angle.
  • the result of this is divided by the product of the second constant and the lateral acceleration, the second constant representing twice the distance between the roll axis and the center of gravity of the vehicle.
  • ⁇ stands for the mass of the vehicle
  • ⁇ for the roll angle
  • C F * Sf for the first constant, consisting of the spring stiffness and the square of the spring spacing of two springs of the respective wheel axle
  • M ⁇ R € for the torque of the electromechanical roll stabilizer 2 * h for the second constant, namely twice the distance between the roll axis and the center of gravity of the vehicle and equer for the lateral acceleration of the vehicle.
  • the electromechanical roll stabilizer preferably has a torque sensor for measuring a torque on the electromechanical roll stabilizer.
  • the torque sensor By means of the torque sensor, the torque generated by the actuator on the roll stabilizer can be measured particularly accurately, as a result of which the mass of the vehicle can be determined more accurately.
  • the roll angle of the vehicle can preferably be determined via a respective wheel stroke on a respective wheel of the vehicle.
  • the vehicle has two axles with two wheels each. If the two wheels of a first side of the vehicle have the same Radhub as the two wheels of a second wheel axle, the roll angle is 0 °.
  • An increase or decrease of the Radhubs on a single Vehicle side leads to an increase of the roll angle of the vehicle and thus to a rolling of the vehicle about the roll axis.
  • the lateral acceleration of the vehicle can be determined by means of a sensor element for measuring the transverse acceleration of the vehicle.
  • the lateral acceleration of the vehicle is determined in particular by an ESP system for electronic stability control of the vehicle.
  • a computer system for determining and monitoring the mass of the vehicle is provided. All measurements needed to determine the mass of the vehicle are collected in the computer system to determine the mass of the vehicle. Consequently, the mass of the vehicle can be determined in a simple manner with the electromechanical anti-roll bar. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the single figure.
  • the single figure shows a highly simplified, schematic sectional view illustrating the structure of a wheel axle, comprising a device for determining a mass of a vehicle.
  • a wheel axle 5 connects two wheels 6a, 6b of a motor vehicle, which is only partly shown here, axially together. Furthermore, an electromechanical roll stabilizer 1 is connected to a respective torsion spring 7a, 7b, wherein the respective torsion spring 7a, 7b is connected to the respective wheel 6a, 6b and is connected via a respective bearing element 9a, 9b to a - not shown here - Body of the motor vehicle is stored. The wheel axle 5 is received by means of two springs 9a, 9b on the body of the motor vehicle.
  • the motor vehicle has a sensor element 3 for measuring the transverse acceleration of the motor vehicle and, for each wheel 6a, 6b, a sensor 8a, 8b for determining the wheel stroke on the respective wheel 6a, 6b of the motor vehicle.
  • the electromechanical roll stabilizer 1 has a torque sensor 2 for measuring a torque on the electromechanical roll stabilizer 1.
  • the electromechanical roll stabilizer 1, which generates a torque for roll stabilization of the vehicle forms, together with the two sensors 8a, 8b for determining the wheel stroke of the motor vehicle, with a computer system 13 and with the sensor element 3 for measuring the transverse acceleration of the motor vehicle and with the torque sensor 2 a device for determining the mass of the motor vehicle.
  • the torque of the electromechanical roll stabilizer 1 and the roll angle of the motor vehicle and the lateral acceleration of the motor vehicle are used.
  • the roll angle of the motor vehicle is determined via the respective wheel stroke, in particular via the respective sensor 8a, 8b for determining the wheel stroke on the respective wheel 6a, 6b of the motor vehicle.
  • a first constant namely the product of a spring stiffness and the square of a spring spacing 12 of the two springs 4 a, 4 b of the wheel axle 5
  • a second constant namely a distance between a roll axis 10 and a center of gravity 1 1 of the motor vehicle Determination of the mass of the motor vehicle used.
  • the torque of the electromechanical roll stabilizer is added to the first constant and multiplied by the roll angle. The result of this is divided by the product of the second constant and the lateral acceleration.
  • This arithmetic operation takes over the computer system 13, which outputs a warning signal when an admissible mass of the motor vehicle is exceeded. Furthermore, the weight of the motor vehicle is monitored continuously by means of the computer system 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs mit einem elektromechanischen Wankstabilisator (1), wobei zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs zumindest ein Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators (1) sowie ein Wankwinkel des Fahrzeugs und eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs verwendet werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs mit einem elektromechanischen Wankstabilisator. Ferner betrifft die Erfindung eine Vor- richtung zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs, umfassend den elektromechanischen Wankstabilisator.
In der Regel weist jede Achse eines Kraftfahrzeugs einen Wankstabilisator auf, der nach dem Torsionsstabprinzip arbeitet. Der Wankstabilisator ist im Wesentlichen pa- rallel zur Radachse angeordnet und an beiden Enden mit einer jeweiligen Radaufhängung verbunden. Dabei dient der Wankstabilisator zur Stabilisierung des Karosserieaufbaus gegenüber unerwünschten Wankbewegungen um die Längsachse, insbesondere die Rollachse des Kraftfahrzeugs. Solche Wankbewegungen treten beispielsweise bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auf. Die Wankbewegung des Kraft- fahrzeugs wird durch den Wankstabilisator beeinflusst, indem die Einfederbewegung der linken und rechten Radaufhängung einer Achse mithilfe des Wankstabilisators miteinander gekoppelt wird.
Aus der DE 10 2013 205 903 A1 geht ein Wankstabilisator für ein Fahrzeug hervor. Der Wankstabilisator umfasst einen Aktuator zur Erzeugung eines Torsionsmoments um eine Torsionsachse.
Ferner geht aus der EP 2 085 656 A2 ein System zur Schätzung einer Masse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens hervor. Das System umfasst einen Prozessor, der dazu vorgesehen ist, ein Signal zur Schätzung der Masse des Fahrzeugs zu empfangen, um dann ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes in Abhängigkeit der Fahrzeugmasse einzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs weiterzuentwickeln. Ferner besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch darin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs zu schaffen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs mit einem elektromechanischen Wankstabilisator, werden zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs zumindest ein Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators sowie ein Wankwinkel des Fahrzeugs und eine Querbeschleun i- gung des Fahrzeugs verwendet. Unter dem Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators ist das Drehmoment zu verstehen, welches zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs im Wankstabilisator erzeugt wird, insbesondere das Drehmoment, welches um die Rollachse des Fahrzeugs wirkt. Das Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators wird in einem Aktuator des elektromechanischen Wanksta- bilisators, umfassend einen Elektromotor, eine Steuerungsvorrichtung und ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, erzeugt.
Der Wankwinkel des Fahrzeugs ist von weiteren fahrzeugspezifischen Konstanten abhängig. Zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs wird eine erste Konstante, nämlich das Produkt aus einer Federsteifigkeit und dem Quadrat eines Federabstands von zwei Federn einer jeweiligen Radachse verwendet. Mithin wird zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs sowohl der Wankstabilisator an einer Vorderachse als auch der Wankstabilisator an einer Hinterachse des Fahrzeugs verwendet. Die Federsteifigkeit ist abhängig von der jeweiligen Feder eines jeweiligen Federbeins. Unter dem Federabstand von zwei Federn einer jeweiligen Radachse ist der Abstand zwischen zwei Federn einer jeweiligen Radachse quer zur Längsachse des Fahrzeugs zu verstehen. Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs eine zweite Konstante, nämlich ein Abstand zwischen einer Rollachse und einem Schwerpunkt des Fahrzeugs verwendet. Unter der Rollachse des Fahrzeugs ist im Wesentlichen die Längsachse des Fahrzeugs zu verstehen. Je höher das Fahrzeug ist, umso größer ist der Abstand zwischen der Rollachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs. Ferner ist der Schwerpunkt des Fahrzeugs ein fiktiver Punkt, an dem sämtliche dynamische Kräfte des Fahrzeugs einwirken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs, um- fasst den elektromechanischen Wankstabilisator, der zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs ein Drehmoment erzeugt, sowie Mittel zur Bestimmung des Wankwinkels des Fahrzeugs und Mittel zur Bestimmung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs, wobei die Masse des Fahrzeugs zumindest mittels des Drehmoments des elektrome- chanischen Wankstabilisators sowie des Wankwinkels des Fahrzeugs und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmbar ist.
Insbesondere wird zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs das Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators mit der ersten Konstante, nämlich dem Produkt aus der Federsteifigkeit und dem Quadrat des Federabstands von zwei Federn der jeweiligen Radachse addiert und mit dem Wankwinkel multipliziert. Das Ergebnis daraus wird durch das Produkt aus der zweiten Konstante und der Querbeschleunigung dividiert, wobei die zweite Konstante den doppelten Abstand zwischen der Rollachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs darstellt. Mithin kann die Masse des Fahrzeugs unter Verwendung folgender Formel bestimmt werden:
_ Ψ * j£f * Sj + MÄSC)
mFakrz<mg ~ * & ** * « i:tqt r
Dabei steht ^Fahrze g für die Masse des Fahrzeugs, φ für den Wankwinkel, CF * Sf für die erste Konstante, bestehend aus der Federsteifigkeit und dem Quadrat des Federabstands von zwei Federn der jeweiligen Radachse, MÄR€ für das Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators 2 * h für die zweiten Konstante, nämlich den doppelten Abstand zwischen der Rollachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs sowie equer für die Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
Vorzugsweise weist der elektromechanische Wankstabilisator einen Drehmomentsensor zur Messung eines Drehmoments am elektromechanischen Wankstabilisator auf. Mittels des Drehmomentsensors lässt sich das vom Aktuator erzeugte Drehmoment am Wankstabilisator besonders genau messen, wodurch die Masse des Fahr- zeugs exakter bestimmt werden kann.
Bevorzugt ist der Wankwinkel des Fahrzeugs über einen jeweiligen Radhub an einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs bestimmbar. Insbesondere weist das Fahrzeug zwei Achsen mit jeweils zwei Rädern auf. Sofern die beiden Räder einer ersten Fahrzeugseite den gleichen Radhub aufweisen wie die beiden Räder einer zweiten Radachse beträgt der Wankwinkel 0°. Eine Zu- oder Abnahme des Radhubs auf einer einzigen Fahrzeugseite führt zu einer Zunahme des Wankwinkels des Fahrzeugs und somit zu einem Rollen des Fahrzeugs um die Rollachse.
Ferner bevorzugt ist die Querbeschleunigung des Fahrzeugs mittels eines Sensorel- ements zur Messung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmbar. Die Querbeschleunigung des Fahrzeugs wird insbesondere von einem ESP-System zur elektronischen Stabilitätskontrolle des Fahrzeugs bestimmt.
Vorzugsweise ist ein Rechnersystem zur Bestimmung und Überwachung der Masse des Fahrzeugs vorgesehen. Alle zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs benötigten Messwerte werden in dem Rechnersystem zusammengetragen, um daraus die Masse des Fahrzeugs zu bestimmen. Mithin lässt sich mit dem elektromechanischen Wankstabilisator auf einfache Weise die Masse des Fahrzeugs bestimmen. Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine stark vereinfachte, schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Radachse, umfassend eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs.
Gemäß der einzigen Figur verbindet eine Radachse 5 zwei Räder 6a, 6b eines - hier nur teilweise dargestellten - Kraftfahrzeugs axial miteinander. Ferner ist ein elektro- mechanischer Wankstabilisator 1 mit einer jeweiligen Drehstabfeder 7a, 7b verbunden, wobei die jeweilige Drehstabfeder 7a, 7b mit dem jeweiligen Rad 6a, 6b verbun- den ist und über ein jeweiliges Lagerelement 9a, 9b an einer - hier nicht dargestellten - Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert ist. Die Radachse 5 ist mittels zwei Federn 9a, 9b an der Karosserie des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Ferner weist das Kraftfahrzeug ein Sensorelements 3 zur Messung der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sowie für jedes Rad 6a, 6b einen Sensor 8a, 8b zur Bestimmung des Radhubs am jeweiligen Rad 6a, 6b des Kraftfahrzeugs auf. Insbesondere weist der elektrome- chanische Wankstabilisator 1 einen Drehmomentsensor 2 zur Messung eines Drehmoments am elektromechanischen Wankstabilisator 1 auf. Der elektromechanische Wankstabilisator 1 , der zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs ein Drehmoment erzeugt, bildet zusammen mit den beiden Sensoren 8a, 8b zur Bestimmung des Radhubs des Kraftfahrzeugs, mit einem Rechnersystem 13 sowie mit dem Sensorelement 3 zur Messung der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und mit dem Drehmomentsensor 2 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse des Kraftfahrzeugs. Zur Bestimmung der Masse des Kraftfahrzeugs werden das Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators 1 sowie der Wankwinkel des Kraftfahrzeugs und die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs verwendet. Der Wankwinkel des Kraftfahrzeugs wird über den jeweiligen Radhub, insbesondere über den je- weiligen Sensor 8a, 8b zur Bestimmung des Radhubs am jeweiligen Rad 6a, 6b des Kraftfahrzeugs bestimmt. Ferner wird auch eine erste Konstante, nämlich das Produkt aus einer Federsteif igkeit und dem Quadrat eines Federabstands 12 der beiden Federn 4a, 4b der Radachse 5, und eine zweite Konstante, nämlich ein Abstand zwischen einer Rollachse 10 und einem Schwerpunkt 1 1 des Kraftfahrzeugs zur Bestim- mung der Masse des Kraftfahrzeugs verwendet.
Im Wesentlichen wird zur Bestimmung der Masse des Kraftfahrzeugs das Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators mit der ersten Konstante addiert und mit dem Wankwinkel multipliziert. Das Ergebnis daraus wird durch das Produkt aus der zweiten Konstante und der Querbeschleunigung dividiert. Diese Rechenoperation übernimmt das Rechnersystem 13, das bei einer Überschreitung einer zulässigen Masse des Kraftfahrzeugs ein Warnsignal ausgibt. Ferner wird mittels des Rechnersystems 13 das Gewicht des Kraftfahrzeugs kontinuierlich überwacht.
Bezugszeichenliste
1 elektromechanischer Wankstabilisator
2 Drehmomentsensor
3 Sensorelement
4 Federn
5 Radachse
6a, 6b Rad
7a, 7b Drehstabfeder
8a, 8b Sensor
9a, 9b Feder
10 Rollachse
1 1 Schwerpunkt
12 Federabstand
13 Rechnersystem

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs mit einem elektrome- chanischen Wankstabilisator (1 ),
dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs zumindest ein Drehmoment des elektromechanischen Wankstabilisators (1 ) sowie ein Wankwinkel des Fahrzeugs und eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs ferner eine erste Konstante, nämlich das Produkt aus einer Federsteifigkeit und dem Quadrat eines Federabstands von zwei Federn (4a, 4b) einer jeweiligen Radachse (5) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Masse des Fahrzeugs ferner eine zweite Konstante, nämlich ein Abstand zwischen einer Rollachse (10) und einem Schwerpunkt (1 1 ) des Fahrzeugs verwendet wird.
4. Vorrichtung zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs, umfassend einen elektromechanischen Wankstabilisator (1 ), der zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs ein Drehmoment erzeugt, sowie Mittel zur Bestimmung eines Wankwinkels des Fahrzeugs und einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs, wobei die Masse des Fahr- zeugs zumindest mittels des Drehmoments des elektromechanischen Wankstabilisators sowie des Wankwinkels des Fahrzeugs und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wankstabilisator (1 ) einen Drehmomentsensor (2) zur Messung eines Drehmoments am elektromechanischen Wankstabilisator (1 ) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wankwinkel des Fahrzeugs über einen jeweiligen Radhub an einem jeweiligen Rad (6a, 6b) des Fahrzeugs bestimmbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung des Fahrzeugs mittels eines Sensorelements (3) zur Messung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechnersystem (13) zur Bestimmung und Überwachung der Masse des Fahrzeugs vorgesehen ist.
9. Fahrzeug, umfassend eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Masse des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 4 bis 8.
10. Verwendung eines elektromechanischen Wankstabilisators (1 ) zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs.
PCT/DE2017/100365 2016-06-09 2017-05-03 Verfahren zur bestimmung einer masse eines fahrzeugs Ceased WO2017211341A1 (de)

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DE102016210222.2 2016-06-09

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