WO2020182401A1 - System und verfahren zum feststellen einer beladungsänderung eines nutzfahrzeuges - Google Patents

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Oliver Jundt
György Juhasz
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Attila Skrabak
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for
  • Vehicle mass in order to be able to correctly carry out corresponding assistance functions.
  • the total mass fluctuates considerably as a result of different loads, so that the mass is repeatedly determined in order to be able to optimally support the assistance systems.
  • Direct mass determination is only rarely possible, as this is usually done using a scale
  • the mass can, for example, by simultaneously detecting a
  • Time is therefore a more or less accurate estimate of the mass.
  • This estimation can be carried out, for example, using the so-called RLS (Recursive Least Squares) algorithm or an RLS estimator, the estimation being based on a suggestion of the estimator by the appropriate
  • the estimator is not informed that the load has changed, the estimated value will not match the actual mass or only after a very long learning process. This can have considerable consequences for the driving behavior of the vehicle. If, for example, a downhill drive occurs after a load change (for example, without the driver accelerating), a critical situation can arise because the required braking force has not yet been optimally calculated.
  • the present invention relates to a system for detecting a
  • the commercial vehicle includes a
  • the inertial sensor can be a 3-axis sensor which can detect a longitudinal acceleration, a transverse acceleration and a vertical acceleration. However, it can also detect at least one rate of rotation around one of the three spatial directions. But there can also be individual inertial sensors for individual acceleration or
  • Yaw rate components can be provided so that the inertial sensor is one of them.
  • the control unit is optionally designed to make the mass estimate based on detected values such as a torque of a drive component, a
  • the mass estimate can in particular be a
  • the evaluation unit can then be designed to cause the control unit to initiate the previously carried out after a change in load has been determined
  • the control unit can also be designed to accommodate a change in the
  • Evaluation unit designed to determine the range of fluctuation based on a
  • Learn mass range For example, different
  • Fluctuation ranges belong to different mass ranges.
  • the evaluation unit can optionally be further designed to use a magnitude of the determined change in load for a classification, with each class corresponding to a certain mass range in the range of fluctuation when the utility vehicle is loaded.
  • a magnitude of the determined change in load for a classification with each class corresponding to a certain mass range in the range of fluctuation when the utility vehicle is loaded.
  • certain weight classes can be assigned to different fluctuation ranges during loading. These areas can be chosen more or less roughly. So the areas are formed by the ton or to certain masses with +/- 1 ton or +/- 2 tons.
  • the evaluation unit can optionally be further designed to use a large number of predetermined fluctuation ranges for the classification, each corresponding to a mass or a mass range.
  • the predetermined fluctuation ranges can e.g. are determined offline via simulations or tests and are stored in the evaluation unit.
  • the utility vehicle can have a trailer with a further inertial sensor (for example also part of an ESP), which provides trailer sensor data via a data connection.
  • the evaluation unit can then be further designed to evaluate the trailer sensor data and to confirm a change in load or to only execute it on the basis of the trailer sensor data.
  • control unit is part of the system as previously defined.
  • the evaluation unit can be further designed to communicate the change in load to a driver of the commercial vehicle.
  • the driver can then, for example, confirm the charge change or deny it.
  • Acceleration values or rotation rates can be monitored and readjusted if the mass has not changed in the meantime. If the (tolerable) fluctuation ranges have been learned in this way, a load change can be detected quickly and efficiently.
  • This information is used by exemplary embodiments to facilitate the process of mass determination
  • an immediate detection of a load change can also be achieved by evaluating the information from
  • Fig. 1 shows an embodiment of the system for determining a
  • FIG. 2 illustrates the detection of a change in load based on a fluctuation range of the detected acceleration value according to exemplary embodiments.
  • Fig. 3 illustrates a possible learning process for determining the
  • Fig. 4 shows an embodiment for determining the mass M des
  • Fig. 1 shows an embodiment of the system 100 for determining a
  • Change in load DM of a commercial vehicle 10 the commercial vehicle 10 having an electronic stability program (ESP) with at least one inertial sensor 50.
  • the utility vehicle 10 includes a control unit 150 that is designed to estimate a mass M1, M2 of the utility vehicle and / or a mass M1, M2 of a load on the utility vehicle.
  • the mass M1, M2 can relate to the total mass of the commercial vehicle or only to the load (total mass minus the empty mass).
  • the system 100 includes a device 110 for interrogating sensor data from the at least one inertial sensor 50.
  • the system also includes an evaluation unit 120 which is designed to determine the change in load DM when the interrogated sensor data exceed a maximum fluctuation range DA.
  • the control unit 150 is informed of an ascertained change in charge DM, for example via a corresponding data connection 12, so that the control unit 150 can take the change in charge DM into account when estimating the mass M1, M2.
  • the control unit 150 and the evaluation unit 120 can be different
  • control unit 150 and the evaluation unit 120 can be embodied within a single vehicle component. They can be implemented in the form of software in a control unit.
  • the inertial sensor 50 in the exemplary ESP unit may, for example, be a
  • the x-axis is, for example, the axis parallel to a normal direction of travel of the vehicle, while the y-axis is perpendicular thereto in the horizontal plane.
  • the invention is not intended to be restricted to specific inertial sensors 50 as long as at least one acceleration value and / or a rate of rotation A can be measured which changes in response to a change in load DM.
  • the following are frequently a number of acceleration or rotation rate values A are mentioned, even if the invention is not intended to be restricted thereto.
  • FIG. 1 The case is shown by way of example in FIG. 1 on the left-hand side in which the commercial vehicle 10 has a trailer on which no container has yet been placed and the commercial vehicle has the mass M1. Right is the case after putting on the
  • Acceleration values / rotation rates A connected.
  • the rest value of the acceleration values / rotation rates A can be shifted after touchdown, since the center of gravity of the load will not be exactly in the center under real conditions and the acceleration due to gravity is always effective.
  • the acceleration values or rotation rates A are preferably in one
  • Vehicle 10 can be determined, for example, via control electronics of vehicle 10. It goes without saying that during the movement of the vehicle 10 a large number of acceleration values / rotation rates A occur which could falsify the determination of the load change DM, so that the measurement of the
  • Acceleration values / rotation rates A is preferably carried out at a standstill.
  • FIG. 2 illustrates the detection of a change in load DM based on a fluctuation range DA1, DA2 of the detected acceleration value A according to FIG
  • Fluctuation range DA1 Such fluctuations can have various causes.
  • a passing vehicle, wind or other sources of vibration can be detected by the inertial sensor 50.
  • the evaluation unit 120 will therefore inform the control unit 150 that a (potential) mass change DM has occurred.
  • the control unit 150 can then use this information to determine the mass again or to interrupt the previous learning process and start again (for example by resetting the memory).
  • the fluctuation range DA1 is exceeded, however, it could also be an outlier that does not correspond to a load change DM.
  • the following values for acceleration A can be taken into account. These values can be used to determine how likely a load change DM was. If the new fluctuations, as shown in Fig. 2A, adjust to a larger or shifted fluctuation range DA2 (e.g. between A4 and A3) or several strong fluctuations have been detected, then it is most likely to be
  • Weight determination (in the learning process) in the control unit 150 differently. If the probability is close to 1 (as in Fig. 2A) then it can
  • Memory can be erased in the learning process of mass determination. Otherwise, these values can be weighted less heavily in order to take into account the uncertainty of what actually happened at time t1.
  • a certain fluctuation range DA can be defined for each mass. Therefore, the fluctuation range DA can be defined as a continuous function of the mass M. But then it is often difficult to handle outliers correctly, since the probability of whether or not it is an outlier is then difficult to decide. In addition, minor changes in mass (e.g. DA in a
  • Range of 0.2 m / s 2 be tolerable and do not indicate a change in load DM. It is therefore advantageous to divide the potential changes in mass DM into classes so that a change in load is only detected and forwarded accordingly when a certain minimum change in mass is exceeded (eg of 1 ton or 4 tons).
  • a potential load change DM can also be output to the driver, who can then confirm it or not.
  • the mass estimation can be reset in the control unit 150 and the memory of the learning process can be deleted or at least weighted differently. If there is no confirmation, the learning process of the mass M and / or the fluctuation range DA can be continued.
  • Fig. 3 illustrates a possible learning process for determining the tolerable fluctuation range DA, when violated a load change is indicated and z. B. the control unit 150 is sent a corresponding signal. According to
  • the fluctuation range DA is not set permanently, but optimized in a learning process. However, an initial value can be specified. The system 100 can thus determine (learn) or improve the tolerable fluctuation range DA itself.
  • Acceleration values / rotation rates A which have a certain fluctuation range DA1, for example between a lower value A1 and an upper value A2 (for example for the x component of the acceleration A).
  • Acceleration values / rotation rates measured which also have a greater value than the previously measured fluctuation range DA1. If such an increased fluctuation range DA1 does not correlate with a load change, these values are used to correct the permissible fluctuation range DA1 in a state of rest for the given load. Apart from a specific notification by the control unit 150, such a load change DM can be assumed if the acceleration values / rotation rates A is significantly above the old limit value A2 (e.g. exceeds it by more than 100%).
  • the evaluation unit 150 can send a corresponding signal to the control unit 150 in response to the exceedance at the point in time t0
  • the decision as to whether there was a change in mass DM at time t0 can also be determined on the basis of lifting axle positions.
  • the axes can often be moved vertically, for example to make it easier to couple a trailer. This vertical position can be measured, for which purpose appropriate sensors are available. If there has been a loading change DM, such a
  • Show loading change DM also in a position change of such a movable axis.
  • These sensors are capable of such a vertical change in position so that this information is used in accordance with exemplary embodiments in order to display or deny the change in mass DM at time t0.
  • Acceleration Az (or the corresponding rate of rotation) to be measured (e.g. using a separate sensor or a 3-axis inertial sensor). If a minimum deflection is detected for this value, this is a clear indication of a
  • Loading change DM which is used according to embodiments to the
  • This mass estimation can be integrated in the electronic brake system EBS and is made available to the integrated brake system functions and to the ESP (as an estimated vehicle combination mass).
  • a second mass value M2 (> M1) correlates accordingly to the measured values that are shown with the crosses.
  • M1 a large number of measurements are required, and the mass M can be determined or improved more or less precisely by means of a statistical analysis. This process can be carried out continuously, for example during each acceleration of the commercial vehicle 10.
  • PT1 filter can be used.
  • Loading change DM can be determined quickly and independently of other sensors and is used to determine the mass M more quickly. For example, a corresponding history can be deleted or weighted differently when determining the mass if, for example, a change in mass DM was detected at time t0 or time t3 and the control unit 150 was prompted to take this into account. The mass can then be determined again. By eliminating obviously incorrect measured values (which are based on an outdated mass), an accurate result can be achieved more quickly, which is a great advantage of exemplary embodiments.
  • FIG. 5 shows exemplary measurement results, the exemplary a first
  • a filtering is optional
  • the fluctuation range of the filtered values increases significantly (e.g. more than doubling), while it is otherwise relatively small.
  • Speed sensors Today's commercial vehicles (towing vehicles) usually have ESP sensors for recording longitudinal and lateral acceleration as well as the rate of rotation in the towing vehicle. According to exemplary embodiments, at least the lateral and / or longitudinal acceleration or its derivatives (including higher types) are observed / recorded when the vehicle is at a standstill. A change in loading DM will be reflected in these signals e.g.
  • the lateral and / or longitudinal acceleration signal which is recorded in the trailer and transmitted to the towing vehicle via a trailer CAN connection according to IS011992, is determined in the same way (additionally or exclusively) as in the towing vehicle.
  • no digital signal is generated in the event of a change in load DM (i.e. yes / no), but an estimate of how great the change in load DM is. This is done by comparing the maximum with a limit value set or learned offline.

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Abstract

Ein System (100) zum Feststellen einer Beladungsänderung (ΔΜ) eines Nutzfahrzeuges (10) ist offenbart. Das Nutzfahrzeug (10) umfasst ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor (50) und eine Steuereinheit (150) zum Abschätzen einer Masse (M1, M2) des Nutzfahrzeugs (10) und/oder einer Ladung. Das System (100) umfasst eine Einrichtung (110) zur Abfrage von Sensordaten des zumindest einen Inertialsensors (50); und eine Auswerteinheit (120), die ausgebildet ist, um: (i) die Beladungsänderung (ΔΜ) festzustellen, wenn die abgefragten Sensordaten eine Schwankungsbreite (ΔΑ) überschreiten, und (ii) die Steuereinheit (150) über die festgestellte Beladungsänderung (ΔΜ) zu informieren, um eine Berücksichtigung der Beladungsänderung (ΔΜ) bei der Abschätzung der Masse (M1, M2) zu ermöglichen.

Description

System und Verfahren zum Feststellen einer Beladungsänderung eines Nutzfahrzeuges
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum
Feststellen einer Beladungsänderung eines Nutzfahrzeuges und insbesondere auf ein Erkennen einer Beladungsänderung im Stillstand von Nutzfahrzeugen.
Brems- und Fahrdynamikregelsysteme brauchen eine möglichst genaue
Fahrzeugmasse, um entsprechende Assistenzfunktionen richtig ausführen zu können. Vor allem bei Nutzfahrzeugen schwankt die Gesamtmasse infolge unterschiedlicher Beladungen teils beträchtlich, sodass eine wiederholte Massebestimmung durchgeführt wird, um die Assistenzsysteme optimal unterstützen zu können. Eine unmittelbare Massebestimmung ist nur selten möglich, da hierzu in der Regel eine Waage
erforderlich ist. Stattdessen wird eine Masseschätzung vorgenommen, wobei die Masse der gesamten Fahrzeugkombination (Zugfahrzeug und Anhängern) oder auch nur die Masse der Ladung abgeschätzt wird, da die Leermasse meist bekannt ist.
Die Masse kann beispielsweise durch ein gleichzeitiges Erfassen eines
Antriebsmomentes (ein auf die Räder wirkendes Drehmoment) und einer resultierenden Beschleunigung und/oder deren Ableitungen geschätzt werden. Da die Reibungskräfte in der Regel nicht genau ermittelbar sind, ist eine genaue Ermittlung der Masse aus solchen dynamischen Größen (d.h. ohne Nutzung einer Waage) in der Regel nur sukzessive durch eine Vielzahl von Messungen möglich. Zu einem gegebenen
Zeitpunkt liegt somit eine mehr oder weniger genaue Schätzung der Masse vor.
Diese Schätzung kann beispielsweise unter Nutzung des sogenannten RLS- (Recursive-Least-Squares-) Algorithmus oder eines RLS-Schätzers erfolgen, wobei die Schätzung auf eine Anregung des Schätzers durch die entsprechenden
Eingangsgrößen erfolgt. Um eine möglichst zuverlässige Schätzung der Masse zu erreichen, wird das Schätzung über einen längeren Zeitraum verbessert. Auf diese Weise können Fehlerquellen hinsichtlich des momentanen Schätzwertes vermieden oder zumindest deren Auswirkungen verringert werden. Solche Fehlerquellen ergeben sich beispielsweise durch eine Änderung von Hanglagen bei aufeinanderfolgenden Stillstandzeiten des Nutzfahrzeuges oder durch die unbekannte Reibung (zur Straße, der drehenden Teile des Fahrzeuges, Wind etc.).
Wenn dem Schätzer nicht mitgeteilt wird, dass ein Wechsel der Beladung stattgefunden hat, so wird der geschätzte Wert nicht mit der tatsächlichen Masse übereinstimmen bzw. erst nach einem sehr langen Lernprozess. Dies kann erhebliche Konsequenzen für das Fahrverhalten des Fahrzeuges zur Folge haben. Falls es beispielsweise nach einem Beladungswechsel zu einer Hangabwärtsfahrt kommt (zum Beispiel, ohne dass der Fahrer eine Beschleunigung ausführt), kann es zu einer kritischen Situation kommen, da die benötigte Bremskraft noch nicht optimal berechnet wurde. Die
Masseschätzung wird sich erst nach und nach an die Beladungsänderung anpassen, da in dem Gedächtnis des Schätzers immer noch Messwerte zur veralteten Beladung vorhanden sind und die neuen Eingangswerten noch nicht die Korrektur durchgeführt haben. Ein Fahrer mag vorsorglich diese Situation berücksichtigen, aber für autonom fahrende Fahrzeugen könnte der veralteter Massewert verehrende Auswirkungen haben.
Daher besteht ein Bedarf nach weiteren Möglichkeiten, um einen Beladungswechsel von Nutzfahrzeugen zuverlässig zu erkennen, um dies bei der Schätzung der Masse zu berücksichtigen und den Schätzprozess zu beschleunigen.
Zumindest ein Teil der genannten Probleme wird durch ein System nach Anspruch 1 , ein Nutzfahrzeug nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen der
Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Feststellen einer
Beladungsänderung eines Nutzfahrzeuges. Das Nutzfahrzeug umfasst ein
elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor und eine Steuereinheit zum Abschätzen einer Masse des Nutzfahrzeugs und/oder einer Ladung. Das System umfasst eine Einrichtung zur Abfrage von Sensordaten des zumindest einen Inertialsensors und eine Auswerteinheit, die ausgebildet ist, um:
- die Beladungsänderung festzustellen, wenn die abgefragten Sensordaten eine Schwankungsbreite überschreiten, und
- die Steuereinheit über die festgestellte Beladungsänderung zu informieren, um eine Berücksichtigung der Beladungsänderung bei der Abschätzung der Masse zu ermöglichen.
Der Inertialsensor kann ein 3-Achsen Sensor sein, der eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung und eine vertikale Beschleunigung erfassen kann. Er kann aber auch zumindest eine Drehrate um eine der drei Raumrichtungen erfassen. Es können aber auch einzelne Inertialsensoren für einzelne Beschleunigungs- oder
Drehratenkomponenten vorgesehen sein, sodass der Inertialsensor einer davon ist.
Optional ist die Steuereinheit ausgebildet, um die Masseabschätzung basierend auf erfassten Werten wie eines Drehmomentes einer Antriebskomponente, einer
resultierenden Beschleunigung oder Geschwindigkeit oder deren (zeitlichen)
Ableitungen durchzuführen. Die Masseabschätzung kann insbesondere einen
Lernprozess umfassen, der die Masse durch eine fortlaufende Erfassung der Werte erlernt. Die Auswerteeinheit kann dann ausgebildet sein, um nach dem Feststellen einer Beladungsänderung die Steuereinheit zu veranlassen, die zuvor durchgeführte
Masseabschätzung zurückzusetzen oder die erfassten Werte vor der
Beladungsänderung anders zu gewichten, um auf diese Weise eine schnellere
Anpassung an die neue Masse zu erreichen.
Die Steuereinheit kann außerdem ausgebildet sein, um eine Änderung bei der
Masseabschätzung der Auswerteeinheit mitzuteilen. Optional ist dann die
Auswerteeinheit ausgebildet, um die Schwankungsbreite basierend auf einer
fortlaufenden Erfassung von Sensordaten zu ermitteln und zu ändern, wenn die
Schwankungsbreite ohne eine Änderung der Masseabschätzung überschritten wird (z. B. wenn die Steuereinheit keine entsprechende Information mitgeteilt hat). Auch hierbei kann es sich um einen Lernprozess handeln, der sukzessive zu einer
Verbesserung der verwendeten Schwankungsbreite führt. Dieser Lernprozess kann auch die Schwankungsbreite für eine bestimmte Masse oder einem bestimmten
Massebereich erlernen. Hierbei können beispielsweise verschiedene
Schwankungsbreiten zu verschiedenen Massebereiche gehören. Die
Schwankungsbreiten können größer oder kleiner werden oder auch nur zu anderen Beschleunigungswerten oder Drehratenwerten verschoben sein.
Daher kann optional die Auswerteeinheit weiter ausgebildet sein, um eine Stärke der festgestellten Beladungsänderung für eine Klassifizierung zu nutzen, wobei jeder Klasse bei der Schwankungsbreite einem bestimmten Massebereich bei der Beladung des Nutzfahrzeuges entspricht. Somit können bestimmte Gewichtsklassen bei der Beladung verschiedenen Schwankungsbereichen zugeordnet werden. Diese Bereiche können mehr oder weniger grob gewählt sein. So die Bereiche tonnenweise oder zu bestimmten Massen mit +/- 1 Tonne oder +/- 2 Tonnen gebildet werden.
Die Auswerteeinheit kann optional weiter ausgebildet sein, um für die Klassifizierung eine Vielzahl von vorbestimmten Schwankungsbreiten zu nutzen, die jeweils einer Masse oder einem Massebereich entsprechen. Die vorbestimmten Schwankungsbreiten können z.B. offline über Simulationen oder Tests ermittelt werden und sind in der Auswerteeinheit abgespeichert.
Optional kann die Auswerteeinheit aber auch ausgebildet sein, um eine
Beladungsänderung unabhängig von deren Stärke anzuzeigen (ohne die Nutzung von Bereichen). Wenn die Massebestimmung nach einem Beladungswechsel grundsätzlich zurückgesetzt werden soll, dann ist diese diskrete Signalisierung ausreichend.
Optional ist die Auswerteeinheit weiter ausgebildet, um eine Frequenz von
Schwankungen der Sensordaten, insbesondere für Querbeschleunigungen (oder Drehraten) und/oder deren Ableitung zu erfassen und beim Feststellen der
Beladungsänderung zu berücksichtigen. Bei einem Beladungswechsel kann es nämlich zu deutlichen oder charakteristischen Schwankungen in der Querbeschleunigung (quer zu Längsrichtung des Fahrzeuges) oder zumindest einer der Drehraten kommen, die dafür effizient genutzt werden können. Das Nutzfahrzeug kann einen Anhänger mit einem weiteren Inertialsensor aufweisen (z. B. auch Teil eines ESP), der über eine Datenverbindung Anhängersensordaten bereitstellt. Optional kann die Auswerteeinheit dann weiter ausgebildet sein, um die Anhängersensordaten auszuwerten und eine Beladungsänderung zu bestätigen oder nur anhand der Anhängersensordaten auszuführen.
Das Nutzfahrzeug und/oder ein damit verbundener Anhänger kann optional eine höhenverstellbare Achse aufweisen, deren Höhenposition über eine Sensorik ermittelbar ist. Optional kann dann die Auswerteeinheit weiter ausgebildet sein, um eine Änderung der Höhenposition der höhenverstellbaren Achse während des Stillstandes oder bei einer langsamen Fahrt zum Feststellen der Beladungsänderung zu
berücksichtigen. Diese zusätzlichen Sensordaten können als Bestätigung dienen, dass die Beladung sich in der Tat geändert hat.
Optional ist die Steuereinheit ein Teil des Systems, wie es zuvor definiert wurde.
Beispielsweise können die Steuereinheit zusammen mit der Auswerteeinheit in einer Komponente integriert oder auch als separate Komponente ausgebildet sein. So kann die Steuereinheit und/oder das System in einem elektronischen Bremssystem (EBS) integriert sein. Insbesondere können die Funktionen auch in Software implementiert sein (z.B. als Softwaremodule).
Optional kann die Auswerteeinheit weiter ausgebildet sein, um die Beladungsänderung einem Fahrer des Nutzfahrzeuges mitzuteilen. Der Fahrer kann dann beispielsweise eine Bestätigung des Ladungswechsel geben oder dieses Verneinen. In Abhängigkeit davon kann der Lernprozess der Massebestimmung oder der Lernprozess der
(tolerierbaren) Schwankungsbreite zurückgesetzt oder fortgeführt werden.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Nutzfahrzeug mit einem System wie es zuvor beschrieben wurde.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Feststellen einer Beladungsänderung eines Nutzfahrzeuges, wobei das Nutzfahrzeug ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor und eine Steuereinheit zum Abschätzen einer Masse des Nutzfahrzeugs und/oder einer Ladung umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Abfragen von Sensordaten des zumindest einen Inertialsensors;
- Feststellen der Beladungsänderung, wenn die abgefragten Sensordaten eine Schwankungsbreite überschreiten, und
- Bereitstellen einer Bestätigung über die festgestellte Beladungsänderung für die Steuereinheit, sodass diese die Beladungsänderung bei der Abschätzung der Masse berücksichtigt.
Die zuvor beschriebenen Funktionen des Systems können als weitere optionale
Verfahrensschritte in diesem Verfahren umgesetzt sein.
Dieses Verfahren oder zumindest Teile davon kann/können ebenfalls in Form von Anweisungen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Steuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen die obengenannte technische Aufgabe dadurch, dass Grenzwerte für definierte Schwankungsbreiten von
Beschleunigungswerten oder von Drehraten überwacht und nachjustiert werden, wenn die Masse sich in der Zwischenzeit nicht geändert hat. Wenn die (tolerierbaren) Schwankungsbreiten auf diese Weise gelernt wurden, kann damit eine Detektion eines Beladungswechsels schnell und effizient vorgenommen werden. Diese Information wird von Ausführungsbeispielen genutzt, um den Prozess der Massebestimmung
zurückzusetzen oder zumindest entsprechend anzupassen. Bei Fahrzeugkombinationen mit Anhängern kann zwar eine unmittelbare Erkennung eines Beladungswechsels auch durch eine Auswertung der Informationen der
Anhängererkennung erfolgen. Außerdem kann bei Fahrzeugen oder
Fahrzeugkombinationen, die über Achslastsensoren verfügen (im Zugfahrzeug und/oder im Anhänger), auch eine direkte Erkennung des Beladungswechsels erfolgen. Da diese Vorgehensweise jedoch nicht immer möglich ist bzw. nur unzureichende Resultate liefert, verbessern Ausführungsbeispiel die Sicherheit bei der
Massebestimmung.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das System zum Feststellen einer
Ladungsänderung eines Nutzfahrzeuges.
Fig. 2 veranschaulicht die Detektion einer Beladungsänderung basierend auf einer Schwankungsbreite des erfassten Beschleunigungswertes gemäß Ausführungsbeispielen.
Fig. 3 veranschaulicht einen möglichen Lernprozess zur Bestimmung der
tolerierbaren Maximalschwankungsbreite gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung der Masse M des
Fahrzeuges bzw. dessen Beladung.
Fig. 5 zeigt beispielhafte Messergebnisse für Fluktuationen von Sensordaten des
Inertialsensors und deren Änderungen durch einen Beladungswechsel.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das System 100 zum Feststellen einer
Beladungsänderung DM eines Nutzfahrzeuges 10, wobei das Nutzfahrzeug 10 ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor 50 aufweist. Außerdem umfasst das Nutzfahrzeug 10 eine Steuereinheit 150, die ausgebildet ist, um eine Masse M1 , M2 des Nutzfahrzeuges und/oder eine Masse M1 , M2 einer Beladung des Nutzfahrzeuges abzuschätzen. Die Masse M1 , M2 kann sich auf die Gesamtmasse des Nutzfahrzeuges oder nur auf die Beladung (Gesamtmasse abzüglich der Leermasse) beziehen. Das System 100 umfasst eine Einrichtung 110 zur Abfrage von Sensordaten des zumindest einen Inertialsensors 50. Außerdem umfasst das System eine Auswerteeinheit 120, die ausgebildet ist, um die Beladungsänderung DM festzustellen, wenn die abgefragten Sensordaten eine Maximalschwankungsbreite DA überschreiten.
Die Steuereinheit 150 wird über eine festgestellte Ladungsänderung DM informiert, zum Beispiel über eine entsprechendes Datenverbindung 12, so dass die Steuereinheit 150 die Beladungsänderung DM bei der Abschätzung der Masse M1 , M2 berücksichtigen kann. Die Steuereinheit 150 und die Auswerteeinheit 120 können verschiedene
Komponenten des Fahrzeuges 10 sein. Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele ist es jedoch ebenfalls möglich, dass die Steuereinheit 150 und die Auswerteeinheit 120 innerhalb einer einzigen Fahrzeugkomponente ausgebildet sind. So können sie in Form von Software in einem Steuergerät implementiert sein.
Der Inertialsensor 50 in der beispielhaften ESP-Einheit kann beispielsweise ein
Dreiachsen-Inertialsensor sein, der zum Beispiel unabhängig voneinander drei verschiedene Beschleunigungswerte erfasst: Ax (entlang der Fahrzeuglängsrichtung), Ay (entlang der Fahrzeugquerrichtung), Az (entlang der vertikalen Richtung) bzw.
entsprechend Drehraten um die entsprechenden Raumrichtungen. Es ist ebenfalls möglich, dass nicht nur ein Inertialsensor 50 vorhanden ist, sondern eine Vielzahl von Inertialsensoren in dem Fahrzeug 10 vorhanden sind, um unabhängig voneinander die Beschleunigungswerte und/oder Drehraten entlang der x-Achse (Ax) oder der y-Achse (Ay) oder der vertikalen z-Achse (Az) bzw. Drehraten um diese Achsen zu erfassen. Die x-Achse ist beispielsweise die Achse parallel zu einer üblichen Fahrtrichtung des Fahrzeuges, während die y-Achse senkrecht dazu in der horizontalen Ebene liegt.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf bestimmte Inertialsensoren 50 eingeschränkt werden, solange zumindest ein Beschleunigungswert und/oder eine Drehrate A messbar ist, der auf einen Beladungswechsel DM sich ändert. Im Folgenden werden häufig mehrere Beschleunigungs- oder Drehratenwerte A genannt, auch wenn die Erfindung darauf nicht eingeschränkt werden soll.
Beispielhaft ist in der Fig. 1 auf der linken Seite der Fall gezeigt, wo das Nutzfahrzeug 10 einen Trailer aufweist, auf dem noch kein Container aufgesetzt wurde und das Nutzfahrzeug die Masse M1 hat. Rechts ist der Fall nach dem Aufsetzen des
Containers gezeigt, sodass die Masse M2 (>M1 ) sich vergrößert hat. Das Aufsetzen selbst ist im Allgemeinen mit Vibrationen oder Ausschlägen in den
Beschleunigungswerten/Drehraten A verbunden. Darüber hinaus wird kann auch der Ruhewert der Beschleunigungswerte/Drehraten A nach dem Aufsetzen verschoben sein, da der Masseschwerpunkt der Ladung unter realen Bedingungen nicht genau zentral liegen wird und die Erdbeschleunigung immer wirkt.
Die Beschleunigungswerte bzw. Drehraten A werden vorzugsweise in einem
Ruhezustand des Fahrzeuges 10 gemessen bzw. fortlaufend überwacht, um
Änderungen sofort detektieren zu können. Der Ruhezustand (Stillstand) des
Fahrzeuges 10 kann beispielsweise über eine Steuerelektronik des Fahrzeuges 10 festgestellt werden. Es versteht sich, dass während der Bewegung des Fahrzeuges 10 eine Vielzahl von Beschleunigungswerten/Drehraten A auftreten, die die Feststellung des Beladungswechsels DM fälschen könnten, sodass die Messung der
Beschleunigungswerte/Drehraten A vorzugsweise im Stillstand ausgeführt wird.
Fig. 2 veranschaulicht die Detektion einer Beladungsänderung DM basierend auf einer Schwankungsbreite DA1 , DA2 des erfassten Beschleunigungswertes A gemäß
Ausführungsbeispielen. Auch wenn hier beispielhaft die Beschleunigungen erfasst werden, versteht es sich, dass ebenso Drehraten erfasst und ausgewertet werden können. In der Fig. 2 sind Beschleunigungswerte A als Funktion der Zeit t dargestellt, wie sie durch den Inertialsensor 50 beim Stillstand des Fahrzeuges 10 erfasst werden. Es kann eine diskrete oder kontinuierliche Erfassung von Beschleunigungswerten A sein, wobei ebenfalls Messungen während aufeinander folgenden Stillstandzeiten mitberücksichtigt werden können. Die erfassten Beschleunigungsfluktuationen schwanken zunächst zwischen einem minimalen Wert A1 und einem maximalen Wert A2 mit einer tolerierbaren
Schwankungsbreite DA1. Solche Schwankungen können verschiedenste Ursachen haben. Z.B. kann ein vorbeifahrendes Fahrzeug, Wind oder andere Vibrationsquellen durch die Inertialsensor 50 detektiert werden. Die einzelnen Werte (siehe Kreuze), die zu einer Kurve zusammengefasst wurden, stellen dabei verschiedene Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten t dar bzw. umfassen zumindest stückweise Zeiträume, die während eines Stillstandes des Fahrzeuges 10 aufgezeichnet wurden.
Zu einem Zeitpunkt t1 erfolgt ein plötzlicher Sprung des Beschleunigungswertes A und für Zeiten t > t1 schwanken die Beschleunigungswerte A zwischen einem Maximalwert A4 (>A2) und dem Minimalwert A1 oder einen höheren Wert A3. Für Zeiten t > t1 können wiederum mehrere Werte für die Beschleunigungswerte gemessen worden, die jetzt zu einem zweiten Beladungszustand (z.B. für die Masse M2 aus der Fig. 1 ) gehören. Die Beschleunigungswerte A sind wieder in einem Ruhezustand des
Fahrzeuges 10 gemessen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist ein Überschreiten der Schwankungsbreite DA1 ein Flinweis auf eine Beladungsänderung DM. Die Auswerteeinheit 120 wird daher die Steuereinheit 150 darüber informieren, dass es zu einem (potentiellen) Massewechsel DM gekommen ist. Die Steuereinheit 150 kann dann diese Information nutzen, um die Masse erneut festzustellen bzw. den bisherigen Lernprozess zu unterbrechen und erneut zu beginnen (z. B. durch ein Zurücksetzen des Gedächtnisses).
Das Überschreiten des Schwankungsbreite DA1 könnte aber auch ein Ausreißer sein, der keinem Beladungswechsel DM entspricht. Um dies zu berücksichtigen, können die Folgewerte für die Beschleunigung A berücksichtigt werden. An diesen Werten kann festgestellt werden, wie wahrscheinlich ein Beladungswechsel DM war. Wenn sich die neuen Schwankungen, wie in der Fig. 2A gezeigt, auf eine größere oder verschobene Schwankungsbreite DA2 (z.B. zwischen A4 und A3) einstellen bzw. mehrere starke Ausschläge detektiert wurden, dann handelt es sich höchstwahrscheinlich um
Beladungswechsel DM. Wenn aber nur einige wenige Messungen außerhalb der alten Schwankungsbreite DA1 liegen und diesen nicht deutlich überschreiten, kann es sich unter Umständen nur um statistischen Ausreißerwert handelt, der höchstwahrscheinlich nicht mit einem Beladungswechsel verknüpft ist. Aus dem Folgeverhalten der Kurve A = A(t) kann somit eine Korrelation bestimmt werden, wie wahrscheinlich ein
Beladungswechsel DM stattgefunden hat.
Diese Wahrscheinlichkeit kann genutzt werden, um die früheren Werte bei der
Massebestimmung (in dem Lernprozess) in der Steuereinheit 150 anders zu gewichten. Wenn die Wahrscheinlichkeit nahe 1 liegt (wie in der Fig. 2A), dann kann das
Gedächtnis in dem Lernprozess der Massebestimmung gelöscht werden. Ansonsten können diese Werte weniger stark gewichtet werden, um die Ungewissheit, was zum Zeitpunkt t1 wirklich passierte, zu berücksichtigen.
Im Prinzip kann für jede Masse eine bestimmte Schwankungsbreite DA definiert werden. Daher kann Schwankungsbreite DA als eine kontinuierliche Funktion der Masse M definiert werden. Dann ist es aber oft schwer Ausreißer korrekt zu behandeln, da die Wahrscheinlichkeit, ob es ein Ausreißer ist oder nicht, dann nur schwer zu entscheiden ist. Außerdem können kleinere Masseänderungen (z.B. DA in einem
Bereich von 0,2 m/s2) tolerabel sein und keinen Beladungswechsel DM anzeigen. Es ist daher vorteilhaft, die potentiellen Masseänderungen DM in Klassen einzuteilen, so dass erst ab Überschreiten einer bestimmten Mindestmasseänderung (z.B. von 1 Tonne oder von 4 Tonnen) ein Beladungswechsel detektiert und entsprechend weitergeleitet wird.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele nutzen daher eine Klassifizierung der Beladung des Nutzfahrzeuges 10. Die Beladung kann dabei in verschiedene Beladungsklassen eingeteilt werden. Solche Beladungsklassen können beispielsweise eine Beladung von 0 bis 3 Tonnen, von 3 bis 6 Tonnen, von 6 bis 9 Tonnen, usw. oder andere Bereiche (z.B. in Schritten von 2 Tonnen oder 4 Tonnen oder 5 Tonnen) umfassen, so dass bei den Ermittlungen der Schwankungsbreite DA nur für jede Klasse eine eigene
Schwankungsbreite definiert wird, deren Verletzung einen Hinweis für eine
Beladungsänderung DM darstellt. Erst wenn diese Grenzen mehr oder weniger permanent verletzt werden, erfolgt eine mehr oder weniger starke Anpassung der Masseschätzung (z.B. andere Gewichtung des früheren Messresultate). Falls es zu einem vollständigen Zurücksetzen der Masseschätzung in der Steuereinheit 150 kommt, wird anschließend die Massebestimmung erneut durchführt, und zwar mit neuen gültigen Werten für das Fahrzeug 10 nach dem Beladungswechsel.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann ein potentieller Beladungswechsel DM ebenfalls an den Fahrer ausgegeben werden, der ihn dann bestätigen kann oder auch nicht. In diesem Fall kann die Masseschätzung in der Steuereinheit 150 zurückgesetzt werden und das Gedächtnis des Lernprozesses gelöscht oder zumindest anders gewichtet werden. Wenn keine Bestätigung erfolgt kann der Lernprozess der Masse M und/oder der Schwankungsbreite DA fortgesetzt werden.
Fig. 3 veranschaulicht einen möglichen Lernprozess zur Bestimmung der tolerierbaren Schwankungsbreite DA, bei deren Verletzung ein Beladungswechsel angezeigt und z. B. der Steuereinheit 150 ein entsprechendes Signal gesandt wird. Gemäß
Ausführungsbeispielen wird die Schwankungsbreite DA nicht fest eingestellt, sondern in einem Lernprozess optimiert. Ein Anfangswert kann jedoch vorgegeben werden. Das System 100 kann somit die tolerierbare Schwankungsbreite DA selbst ermitteln (lernen) oder verbessern.
Der Inertialsensor 50 zeichnet im Ruhezustand eine Vielzahl von
Beschleunigungswerten/Drehraten A auf, die eine gewisse Schwankungsbreite DA1 zum Beispiel zwischen einem unteren Wert A1 und einem oberen Wert A2 aufweisen (zum Beispiel für die x-Komponente der Beschleunigung A). Solange der
Beladungszustand sich nicht ändert, wird die Schwankungsbreite einen Wert DA1 aufweisen, der für das Fahrzeug 10, der genutzten ESP-Einheit, dem Einsatzort des Fahrzeuges etc. typisch ist. Hierfür kann zunächst eine Voreinstellung genutzt werden, die gemäß Ausführungsbeispielen durch einen Lernprozess geändert oder an die konkreten Gegebenheiten (insbesondere ans Fahrzeug) angepasst werden kann. Es ist aber auch möglich, dass die Steuereinheit 150 einen gegenwärtigen Beladungszustand bzw. eine ermittelte Änderung der Masse M an der Auswerteeinheit 120 übermittelt.
Zu dem Zeitpunkt tO kommt es beispielhaft zu einem Ausschlag für die
Beschleunigung/Drehrate A, die außerhalb dieses Bereiches DA1 liegt. Daran anschließend werden zu den Zeitpunkte t2, t3 mehrere
Beschleunigungswerte/Drehraten gemessen, die ebenfalls einen größeren Wert als die zuvor gemessene Schwankungsbreite DA1 aufweisen. Falls eine solche erhöhte Schwankungsbreite DA1 nicht mit einem Beladungswechsel korreliert, werden diese Werte genutzt, um die zulässige Schwankungsbreite DA1 in einem Ruhezustand für die gegebene Beladung zu korrigieren. Abgesehen von einer konkreten Benachrichtigung durch die Steuereinheit 150, ist von einem solchen Beladungswechsel DM dann auszugehen, wenn die Beschleunigungswerte/Drehraten A deutlich über den alten Grenzwert A2 liegt (diesen z.B. um mehr als 100% übersteigt).
Die Auswerteeinheit 150 kann in Antwort auf das Überschreiten zum Zeitpunkt tO ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 150 senden, die in einer folgenden
Masseermittlung prüft, ob es zu signifikanten Änderungen zu den zuvor gemessenen Größen für die Masse M gekommen ist. Falls nicht, kann die erhöhte Schwankung zum Zeitpunkt tO zur Korrektur der Schwankungsbreite DA1 genutzt werden. Falls jedoch die Steuereinheit 150 zu dem Folgezeitpunkt ebenfalls eine deutlich erhöhte Masse feststellt, liegt der erhöhte Beschleunigungswert/die erhöhte Drehrate A zum Zeitpunkt tO wahrscheinlich an einem Beladungswechsel DM. Somit wird ein Lernprozess für die Ermittlung einer optimalen Schwankungsbreite DA des Beschleunigungswertes/der Drehrate A im Ruhezustand des Fahrzeuges in Gang gesetzt, der beispielsweise für eine bestimmte Zeit oder permanent ausgeführt werden kann, um die tolerierbare Schwankungsbreite DA des erfassten Beschleunigungswertes (oder der erfassten Drehrate) A zu optimieren.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann die Entscheidung, ob es zum Zeitpunkt tO zu einer Masseänderung DM gekommen ist auch anhand von Liftachspositionen ermittelt werden. So können bei Nutzfahrzeugen häufig die Achsen vertikal bewegt werden, um beispielsweise ein Ankoppeln eines Trailers zu erleichtern. Diese vertikale Position kann gemessen werden, wozu entsprechende Sensoren vorhanden sind. Falls es zu einer Beladungswechsel DM gekommen ist, kann sich ein solcher
Beladungswechsel DM auch in einer Positionsänderung einer solchen beweglichen Achse zeigen. Diese Sensoren können eine solche vertikale Positionsänderung mitteilen, sodass diese Information gemäß Ausführungsbeispielen genutzt wird, um Masseänderung DM zum Zeitpunkt tO anzuzeigen oder zu verneinen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich, direkt die vertikale
Beschleunigung Az (oder die entsprechende Drehrate) zu messen (z. B. unter Nutzung eines separaten Sensors oder eines 3-Achsenlnertialsensors). Wenn für diesen Wert eine Mindestausschlag detektiert wird, ist dies ein deutlicher Hinweis für eine
Beladungsänderung DM, die gemäß Ausführungsbeispielen genutzt wird, um die
Massebestimmung zu beschleunigen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung der Masse M des Fahrzeuges 10 bzw. dessen Beladung. Dazu kann ein Drehmoment D einer Fahrzeugkomponente (z.B. eines angetriebenen Rades) gemessen werden und in Bezug gesetzt werden zu einer Beschleunigung a, die das Fahrzeug in Antwort auf dieses Drehmoment erfährt. Es versteht sich, dass nach den physikalischen Gesetzen ein wirkendes Drehmoment D auf das Fahrzeug 10 eine Kraft ausübt und somit zu einer Beschleunigung a führt.
Im Idealfall besteht zwischen beiden Größen ein linearer Zusammenhang, wobei die Masse M des Nutzfahrzeuges 10 dem Anstieg entspricht. Jedoch ist unter realen Bedingungen ein solcher linearer Zusammenhang streng genommen nicht gegeben, da Reibungseffekte auftreten, die in der Regel von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 10 abhängen. Dies sind z.B. Reibungskräfte zu der Straße oder Reibungskräfte der drehenden Komponenten und die von der Geschwindigkeit abhängen. Daher werden die Messwerte des Drehmomentes D und der resultierenden Beschleunigung a um den linearen Zusammenhang herum verstreut angeordnet sein. Aus einer Vielzahl von Messungen ist es jedoch möglich, den Wert der Masse M zu ermitteln bzw. zu lernen.
Diese Masseschätzung kann in dem Elektronischen Bremssystem EBS integriert sein und wird den integrierten Bremssystemfunktionen sowie dem ESP zur Verfügung gestellt (als eine geschätzte Fahrzeugkombinationsmasse).
In der Fig. 4 ist beispielhaft gezeigt, wie eine Masse M1 zu den mit Kreisen
gekennzeichneten Messungen korreliert. Ein zweiter Massewert M2 (>M1 ) korreliert dementsprechend zu den Messwerten, die mit den Kreuzen dargestellt sind. Um die Masse zu bestimmen sind eine Vielzahl von Messungen erforderlich, wobei mittels einer statistischen Analysis die Masse M mehr oder weniger genau bestimmt bzw. verbessert werden kann. Dieser Prozess kann fortlaufend durchgeführt werden, z.B. während jeder Beschleunigung des Nutzfahrzeuges 10.
Da es potentiell immer zu einem Beladungswechsel DM kommen kann, ist es
vorteilhaft, dass ältere Messwerte entsprechend schwächer gewichtet oder gar nicht berücksichtigt werden. Damit wird erreicht, dass das System die neue Masse M2 nach einem Beladungsänderung DM mit der zeit lernt und nach diesem Lernprozess die richtige Masse bestimmen kann. Konkret kann für diesen Lernprozess beispielsweise ein sogenannter RLS-Algorithmus genutzt werden, in welchem ebenfalls ein
sogenanntes PT1 -Filter zum Einsatz kommen kann. Im Allgemeinen dauert die
Massebestimmung basierend auf diesen Algorithmen jedoch sehr lange. Allerdings kann dieser Prozess sehr lange. Die kann zu dem eingangs erwähnten erheblichen Sicherheitsrisiko führen kann.
Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht gerade darin, dass der
Beladungswechsel DM schnell und unabhängig von anderen Sensoren feststellbar ist und dazu genutzt wird, um das Ermitteln der Masse M schneller durchzuführen. So kann eine entsprechende Historie bei der Masseermittlung gelöscht bzw. anders gewichtet werden, wenn beispielsweise zum Zeitpunkt tO oder zum Zeitpunkt t3 eine Masseänderung DM erkannt wurde und die Steuereinheit 150 veranlasst wurde, dies zu berücksichtigen. Die Masse kann daran anschließend erneut bestimmt werden. Durch die Eliminierung von offensichtlich falschen Messwerten (die von einer veralteten Masse ausgehen) kann schneller ein genaues Ergebnis erreicht werden, was einen großen Vorteil von Ausführungsbeispielen darstellt.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Feststellung einer Beladungsänderung. Dieses Verfahren kann ebenfalls Computer-implementiert sein, d.h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einem Prozessor läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu einer Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
Fig. 5 zeigt beispielhafte Messergebnisse, die beispielhaft einen ersten
Beladungswechsel bei einer Zeit von ca. 100s und einen zweiten Beladungswechsel bei einer Zeit von ca. 140s veranschaulichen. Diese Beladungswechsel sind sowohl in der Längsbeschleunigung Ax (oben) und in der Querbeschleunigung Ay (Mitte) als auch in der Drehrate (unten) eindeutig in dem Schwingungsmuster erkennbar. Um den
Beladungswechsel besser detektieren zu können wird optional eine Filterung
vorgenommen (siehe gefilterte Messgrößen), die die Schwankungsbreite deutlich reduziert und bessere Detektionssignale liefern kann. So nimmt bei den beispielhaften Beladungswechseln die Schwankungsbreite der gefilterten Größen deutlich zu (z.B. mehr als eine Verdopplung), während sie ansonsten relativ gering ist.
Das rampenförmige Ansteigen der Längsbeschleunigungen Ax zwischen den
Beladungswechseln ist eine Folge der Nachjustierung der Luftfederung.
Weitere vorteilhafte Aspekte können wie folgt zusammengefasst werden:
Ein Stillstand eines Fahrzeugs kann sicher erkannt werden (z.B. über
Drehzahlsensoren). Heutige Nutzfahrzeuge (Zugfahrzeuge) verfügen meist über eine ESP Sensorik zur Erfassung von Längs- und Querbeschleunigung sowie der Drehrate im Zugfahrzeug. Gemäß Ausführungsbeispielen werden im Stillstand zumindest die Quer- und/oder Längsbeschleunigung bzw. deren Ableitungen (auch höhere Art) beobachtet/erfasst. Eine Beladungsänderung DM wird sich in diesen Signalen z.B.
durch Schwingung bei Aufsetzen eines Containers oder durch einen Offset (vor allem) in der Längsbeschleunigung durch einen geänderten Neigungswinkel zeigen. Feste Werte für die Änderung des/der Beschleunigungssignal/e bzw. daraus abgeleiteten Größen, bei denen eine Beladungsänderung DM erkannt wird, können festlegt werden. In weiteren Ausführungsformen werden diese Grenzwerte gelernt. Hierzu wird das Maximum während der Stillstandzeiten beobachtet. Nach einer erfolgreichen
Masseschätzung (nach dem Stillstand) wird mit hoher Qualität feststellt, ob das
Maximum einer Beladungsänderung DM oder einer unveränderten Beladung
zugeordnet werden muss. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn unterschiedliche Fahrzeugtypen sich unterschiedlich verhalten. Hierbei hat insbesondere die
Federungsart (Luft oder Stahlfederung) einen Einfluss auf die Änderung des
Neigungswinkels durch die Beladungsänderung DM.
In weiteren Ausführungsformen wird das Quer- und/oder Längsbeschleunigungssignal, welches im Anhänger erfasst und über eine Trailer CAN Verbindung nach IS011992 zum Zugfahrzeug übermittelt wird, in gleicher Weise (zusätzlich oder ausschließlich) wie im Zugfahrzeug ermittelt.
In weiteren Ausführungsformen wird kein digitales Signal bei einer Beladungsänderung DM (d.h. ja/nein) erzeugt, sondern geschätzt, wie groß die Beladungsänderung DM ist. Dies wird durch Vergleich des Maximums mit einem offline festgelegten oder gelernten Grenzwert vergleichen.
In weiteren Ausführungsformen wird nicht nur das Maximum, sondern auch die
Frequenz der Sensordaten A (Querbeschleunigung/en und/oder
Längsbeschleunigung/en und/oder Vertikalbeschleunigung/en und/oder Drehrate/n) bzw. deren Ableitungen als Entscheidungskriterium herangezogen.
In weiteren Ausführungsformen wird bei Fahrzeugen 10 (Zugfahrzeug und/oder
Anhänger) mit wenigstens einer liftbaren Achse eine Änderung der Liftachsposition während eines Stillstands oder bei langsamer Fahrt als Entscheidungskriterium für eine Beladungsänderung DM herangezogen. Die Liftachsposition kann z.B. über eine CAN Botschaft bestimmt oder bei ggf. vorhandenen Raddrehzahlsensoren aus deren
Drehzahl während langsamer Fahrt geschlossen werden. In weiteren Ausführungsformen werden nur Beladungsänderungen DM erkannt, die eine bestimmte Höhe übersteigen. Da kleine Beladungsänderungen DM keinen signifikanten Einfluss auf die Brems- und Fahrdynamikregelsysteme. Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Nutzfahrzeug
50 Inertialsensor
100 System zum Feststellen der Ladungsänderung
110 Einrichtung zur Abfrage von Sensordaten
120 Auswerteeinheit
150 Steuereinheit
DM Beladungsänderung
A Sensordaten des Inertialsensors
DA Maximalschwankungsbreite der Inertialsensordaten (z.B.
Beschleunigung(en) oder Drehrate(n))
a Fahrzeugbeschleunigung
D Drehmoment

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. System (100) zum Feststellen einer Beladungsänderung (DM) eines
Nutzfahrzeuges (10), wobei das Nutzfahrzeug (10) ein elektronisches
Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor (50) und eine
Steuereinheit (150) zum Abschätzen einer Masse (M1 , M2) des Nutzfahrzeugs (10) und/oder einer Ladung umfasst,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (110) zur Abfrage von Sensordaten des zumindest einen
Inertialsensors (50); und
eine Auswerteinheit (120), die ausgebildet ist, um:
- die Beladungsänderung (DM) festzustellen, wenn die abgefragten Sensordaten eine Schwankungsbreite (DA) überschreiten, und
- die Steuereinheit (150) über die festgestellte Beladungsänderung (DM) zu
informieren, um eine Berücksichtigung der Beladungsänderung (DM) bei der Abschätzung der Masse (M1 , M2) zu ermöglichen.
2. System (100) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (150) ausgebildet ist, um die Masseabschätzung basierend auf erfassten Werten wie eines Drehmomentes (D) einer Antriebskomponente, einer resultierenden Beschleunigung (A) oder
Geschwindigkeit, oder deren zeitlichen Änderungen durchzuführen, wobei die
Masseabschätzung insbesondere einen Lernprozess umfasst, der die Masse (M1 , M2) durch eine fortlaufende Erfassung der Werte erlernt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) ausgebildet ist, um nach dem Feststellen einer
Beladungsänderung (DM) die Steuereinheit (150) zu veranlassen, die zuvor
durchgeführte Masseabschätzung zurückzusetzen oder die erfassten Werte vor der Beladungsänderung (DM) anders zu gewichten.
3. System (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (150) ausgebildet ist, um eine Änderung bei der Masseabschätzung der Auswerteeinheit (120) mitzuteilen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (120) ausgebildet ist, um die Schwankungsbreite (DA) basierend auf einer fortlaufenden Erfassung von Sensordaten zu ermitteln und zu ändern, wenn die Schwankungsbreite (DA) ohne eine Änderung bei der Masseabschätzung
überschritten wird.
4. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) ausgebildet ist, um eine Beladungsänderung (DM)
unabhängig von deren Stärke anzuzeigen.
5. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um eine Stärke der festgestellten Beladungsänderung (DM) für eine Klassifizierung zu nutzen, wobei jeder Klasse einem bestimmten Massebereich bei der Beladung des Nutzfahrzeuges (10) entspricht.
6. System (100) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um für die Klassifizierung eine Vielzahl von erlernten oder vorbestimmten Schwankungsbreiten zu nutzen, die jeweils einem Massebereich entsprechen.
7. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um eine Frequenz von Schwankungen der Sensordaten, insbesondere für Querbeschleunigungen (Ay) oder Drehraten, und/oder deren Ableitung zu erfassen und beim Feststellen der Beladungsänderung (DM) zu berücksichtigen.
8. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Nutzfahrzeug (10) einen Anhänger umfasst, der einen weiteren Inertialsensor aufweist und über eine Datenverbindung Anhängersensordaten bereitstellt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um die Anhängersensordaten auszuwerten, um basierend darauf die Beladungsänderung (DM) festzustellen oder zu bestätigen.
9. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Nutzfahrzeug (10) und/oder ein damit verbundener Anhänger eine höhenverstellbare Achse aufweist, deren Höhenposition über eine Sensorik ermittelbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um eine Änderung der Höhenposition der höhenverstellbaren Achse während des Stillstandes oder bei einer langsamen Fahrt zum Feststellen der Beladungsänderung (DM) zu berücksichtigen.
10. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (150) ein Teil des Systems ist und zusammen mit der Auswerteeinheit (120) in einer Komponente integriert ist oder als separate Komponente ausgebildet ist.
11. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (120) weiter ausgebildet ist, um die Beladungsänderung (DM) einem Fahrer des Nutzfahrzeuges (10) mitzuteilen.
12. Nutzfahrzeug (10)
gekennzeichnet durch
ein System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Feststellen einer Beladungsänderung (DM) eines Nutzfahrzeuges (10), wobei das Nutzfahrzeug (10) ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) mit zumindest einem Inertialsensor (50) und eine Steuereinheit (150) zum Abschätzen einer Masse (M1 , M2) des Nutzfahrzeugs (10) und/oder einer Ladung umfasst,
gekennzeichnet durch
- Abfragen von Sensordaten des zumindest einen Inertialsensors (50); - Feststellen der Beladungsänderung (DM), wenn die abgefragten Sensordaten eine Schwankungsbreite (DA) überschreiten, und
- Bereitstellen einer Bestätigung über die festgestellte Beladungsänderung (DM) für die Steuereinheit (150), sodass diese die Beladungsänderung (DM) bei der Abschätzung der Masse (M1 , M2) berücksichtigt.
14. Computerprogrammprodukt mit darauf gespeicherter Software, die ausgebildet ist, um das Verfahren nach Anspruch 13 auszuführen, wenn die Software auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.
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