DE10144699B4

DE10144699B4 - Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse

Info

Publication number: DE10144699B4
Application number: DE10144699.3A
Authority: DE
Inventors: Manfred Altenkirch; Ulrich Stegmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE10144699A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse (m) eines durch Vortriebskräfte in seiner Längsrichtung bewegten Kraftfahrzeuges, bei dem über Messwerte des Antriebsstranges die momentanen Motormomente und die vorliegende Getriebeübersetzung erfasst werden und unter Berücksichtigung der für das Fahrzeug bekannten Verluste durch Nebenaggregate und Wirkungsgrade die momentane Gesamtradvortriebskraft (FRad) sowie die Rollwiderstandskraft (FRoll) durch eine angenommene Fahrzeugmasse (m1) und durch einen angenommenen Rollwiderstandsbeiwert (f) und die Luftwiderstandskraft Fcw aus dem Produkt aus Fläche (A) und dem Luftwiderstandsbeiwert (cw) und der Fahrgeschwindigkeit v bestimmt wird, und mittels der bestimmten Werte der Gesamtradvortriebskraft (FRad), der Rollwiderstandskraft (FRoll), der Luftwiderstandskraft (Fcw) und einer dazugehörigen Längsgesamtbeschleunigung (a) gemäß der Formeldie aktuelle Fahrzeugmasse (m) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgesamtbeschleunigung (a), die eine Summe der Fahrbeschleunigung (av) und der Beschleunigung am Berg (aBerg) ist, als Messwert aus einem Längsbeschleunigungssensor erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Um eine optimale Regelung und Steuerung der Fahrdynamik eines Fahrzeuges während der Fahrt durchführen zu können, ist die genaue Kenntnis der Fahrzeugdaten, wie die aktuelle Fahrzeugmasse und das aktuelle Produkt aus Luftwiderstandsbeiwert und Fläche, von großer Bedeutung. Bisher war es üblich, für die Regelung und Steuerung der Fahrdynamik eines Fahrzeuges konstante Mittelwerte für das aktuelle Produkt aus Luftwiderstandsbeiwert und Fläche und die Fahrzeugmasse zu verwenden. Die entsprechende Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges war ungenau und hat demzufolge einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge.
Aus der DE 42 28 413 A1 ist es bekannt, während der Fahrt die aktuelle Fahrzeugmasse und den Fahrwiderstand zu bestimmen und die erhaltenen Werte für die Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges zu verwenden. Dabei wird die aktuelle Fahrzeugmasse dadurch bestimmt, dass wenigstens zwei Längsbeschleunigungen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten und dazu die zu diesen Zeitpunkten vorliegenden Vortriebskräfte erfasst werden. Aus der Differenz der Vortriebskräfte und der Differenz der Längsbeschleunigungen wird dann die aktuelle Fahrzeugmasse bestimmt. Der aktuelle Fahrwiderstand des Fahrzeuges wird ermittelt aus der Differenz zwischen der momentanen Vortriebskraft und dem Produkt aus der momentanen Vortriebsbeschleunigung und der bestimmten Fahrzeugmasse.
Der Nachteil dieser Methode zur Bestimmung der Fahrzeugmasse und des Fahrwiderstandes besteht darin, dass die Genauigkeit der ermittelten Werte abhängig von einer nennenswerten Differenz der Vortriebsbeschleunigung ist. Das bedeutet, dass eine Ermittlung von einigermaßen zuverlässigen Werten nur bei einem größeren Beschleunigungssprung innerhalb eines kurzen Zeitraumes erfolgen kann. Außerdem sollen sich die Fahrwiderstände zwischen den beiden Zeitpunkten nicht wesentlich ändern. Diese Voraussetzung beinhaltet aber schon einen Widerspruch in sich, da bei einer Beschleunigung zwangsweise sich die Fahrwiderstände erhöhen. Somit stellen die ermittelten Werte auch nur annähernde Werte dar; eine optimale Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges ist mit den ermittelten Werten nicht möglich.
Aus der DE 198 02 630 A1 , der DE 197 28 867 A1 und der DE 42 28 413 A1 sind Verfahren zur Bestimmung der Masse eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei den mit Hilfe einer Sensorik in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten mit einer Vortriebskraft und mit einer zugehörigen Fahrzeuglängsbeschleunigung korrelierende Signale erfasst werden, wobei die erfassten Signale von wenigstens zwei Zeitpunkten von einem Rechner zur Erzeugung eines mit der Fahrzeugmasse korrelierenden Signals herangezogen werden. In allen Fällen wird die Fahrzeuglängsbeschleunigung über die Raddrehzahl in Verbindung mit dem Radradius berechnet, was aber sehr ungenau ist und deswegen ist auch die Masseabschätzung eher informativ.
Weiterhin ist aus der WO 00/114 39 A1 ein ähnliches Verfahren zur Ermittlung einer Fahrzeugmasse bekannt, wobei mindestens eine Zugkraft-Größe und eine Bewegungs-Größe des Fahrzeugs in zwei zeitlich versetzten Messungen ermittelt wird, wobei eine der beiden Messungen während einer zugkraftfreien und die andere der beiden Messungen während einer Zugkraft-Phase erfolgt. Die Zugkraft-Größe entspricht dem zeitlichen Integral der Zugkraft und die Bewegungs-Größe entspricht der Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs. Auch dieses Verfahren ist nicht genau genug.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur aktuellen Bestimmung der Fahrzeugmasse während der Fahrt aufzuzeigen, dessen ermittelte Werte sich durch eine hohe Genauigkeit auszeichnen und bei dem die Ermittlung der Werte ohne großen zusätzlichen Aufwand mit Hilfe von vorhandenen Sensoren und Messdaten erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung und der Fahrzeugmasse mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Es werden über die Messwerte des Antriebsstranges die momentanen Motormomente und die vorliegende Getriebeübersetzung erfasst und unter Berücksichtigung der für das Fahrzeug bekannten Verluste durch Nebenaggregate und Wirkungsgrade die momentane Gesamtradvortriebskraft F_Rad bestimmt, sowie die Rollwiderstandskraft F_Roll durch eine angenommene Fahrzeugmasse m₁ und durch einen angenommenen Rollwiderstandsbeiwert f bestimmt und die Luftwiderstandskraft F_cw aus dem Produkt aus Fläche A und dem Luftwiderstandsbeiwert c_w und der Fahrgeschwindigkeit v bestimmt. Mittels der bestimmten Werte der Gesamtradvortriebskraft F_Rad, der Luftwiderstandskraft F_cw, der Rollwiderstandskraft F_Roll und der dazugehörigen Gesamtbeschleunigung a wird gemäß der Formel
die aktuelle Fahrzeugmasse m ermittelt wird, wobei die Längsgesamtbeschleunigung a, die eine Summe der Fahrbeschleunigung a_v und der Beschleunigung am Berg a_Berg ist, als Messwert aus einem Längsbeschleunigungssensor erfasst wird.
Dadurch wird mit Hilfe der während der Fahrt des Fahrzeuges ermittelten Kenngrößen die aktuelle Fahrzeugmasse ohne zusätzlichen Mehraufwand bestimmt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die entsprechenden Kenngrößen ohne zusätzlichen Sensoraufwand ermittelt werden können. Die Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse zeichnet sich aufgrund einer hohen Vielzahl von Messergebnissen durch eine hohe Genauigkeit aus. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Fahrzeugmasse in Fahrsituationen bestimmt werden kann, in denen die gemessene Längsgesamtbeschleunigung ungleich Null ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die ermittelte Fahrzeugmasse zur Steuerung und Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges verwendet. Das hat zur Folge, dass durch die relativ genau bestimmten Größen der ermittelten Fahrzeugmasse eine sehr genaue Steuerung und Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges vorgenommen werden kann. Entsprechende Fahreinflüsse werden schnell ermittelt und bei der Regelung des Motors und des Antriebsstranges berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und den Motor- und Fahrzeugreifenverschleiß zu verringern. Außerdem werden die bestimmten Größen der ermittelten Fahrzeugmasse für die Optimierung der Schaltstrategie einer automatischen Getriebesteuerung herangezogen. Des Weiteren werden die ermittelten Fahrwerte zur Steuerung der Brems- und Fahrstabilitätssysteme des Fahrzeuges verwendet.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse m eines in seiner Längsrichtung bewegten Kraftfahrzeuges wird davon ausgegangen, dass die Beschleunigung a des Kraftfahrzeuges ungleich Null ist. Die Längsgesamtbeschleunigung a ergibt sich dabei aus der Fahrbeschleunigung a_v und der Beschleunigung am Berg a_Berg (a = a_v + a_Berg), wobei der Betrag dieser Beschleunigung a als Messwert aus der Sensorlängsbeschleunigungsmessung vorliegt.
Zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse m wird vorausgesetzt, dass die Gesamtradvortriebskraft F_Rad, die Rollwiderstandskraft F_Roll, die Luftwiderstandskraft F_cw und die Gesamtbeschleunigung a bekannt sind.
Über die CAN-Messwerte des Antriebstranges werden die momentanen Motormomente und dabei die vorliegende Getriebeübersetzung erfasst und unter Berücksichtigung der für das Fahrzeug bekannten Verluste durch Nebenaggregate und Wirkungsgrade erfolgt die Bestimmung der momentanen Gesamtradvortriebskraft F_Rad.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Rollwiderstandskraft F_Roll in funktionaler Beziehung zur Masse des Fahrzeuges steht, so dass F_Roll = f(m) (6) ist.
Erfindungsgemäß wird zur ersten Bestimmung der Rollwiderstandskraft F_Roll ebenfalls eine angenommene annähernde Fahrzeugmasse m₁ verwendet. Dabei wird die angenommene annähernde Fahrzeugmasse m₁ aus der bekannten Fahrzeugleermasse und aus einer mittleren Zuladung gebildet. Bei der weiteren Bestimmung der Fahrzeugmasse m wird dann jeweils zur Bestimmung der Rollwiderstandskraft F_Roll die vorher zuletzt ermittelte Fahrzeugmasse m verwendet.
Zur angenäherten Berechnung der Rollwiderstandskraft F_Roll wird ein Rollwiderstandsbeiwert f verwendet. Der Rollwiderstandsbeiwert f charakterisiert im Wesentlichen den Zustand der Straßendecke und ist, wie bereits erwähnt, aus entsprechenden Fachbüchern für den jeweiligen Straßenbelag zu entnehmen.
Da sich während der Fahrt keine wesentlichen Unterschiede Δm im Betrag der Fahrzeugmasse m ergeben und die Ermittlung nur erfolgt, wenn F_Roll << (F_Berg + F_Beschl), ist die Differenz ΔF_Roll der Rollwiderstandskraft F_Roll aufgrund der mathematischen Beziehung ΔF_Roll = f(Δm) (7) vernachlässigbar klein.
Die Bestimmung der Luftwiderstandskraft F_cw erfolgt ebenfalls in der Weise, wie sie in den vorstehenden Ausführungen erläutert wurde.
Die Gesamtbeschleunigung a des Fahrzeuges wird als Messwert von einem Längsbeschleunigungssensor erfasst.
Der Erfindung liegt weiterhin die Überlegung zugrunde, dass die Beschleunigungskraft F_a des Fahrzeuges sich aus der Summe der Beschleunigungswiderstandskraft F_Beschl und der Steigungswiderstandskraft F_Berg ergibt, wobei der Betrag der Beschleunigungskraft F_a über die Messwerte des Längsbeschleunigungssensors ermittelbar ist.
Das bedeutet: F_a = F_Beschl + F_Berg = m(a_v + a_Berg), (8) so dass F_a = m·a ist.
Unter Berücksichtigung der Formel (1) folgt daraus: F_Rad = F_cw + F_Roll + m·a. (9)
Durch Umstellen dieser Formel erhält man dann die mathematische Beziehung, aus der sich die Fahrzeugmasse m errechnen lässt:
Das während der Fahrt aktuell ermittelte Produkt aus der Fläche A und dem Luftwiderstandsbeiwert c_w und die jeweilig zuletzt ermittelte Fahrzeugmasse m wird zur Steuerung und Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges, insbesondere zur elektrischen Getriebesteuerung und zur Steuerung der Brems- und Fahrstabilitätssysteme des Fahrzeuges, verwendet.
Durch die erfindungsgemäße Bestimmung der ermittelten Fahrzeugmasse m mit den vorhandenen Messwerten des Antriebsstranges werden die entsprechenden Kenngrößen zur Steuerung und Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges mit einer hohen Genauigkeit und ohne zusätzlichen Mehraufwand ermittelt, so dass durch die Steuerung und Regelung der Fahrdynamik der Kraftstoffverbrauch reduziert und die Belastung des Antriebs- und Getriebeaggregates verringert wird. Außerdem tragen die ermittelten Fahrkennwerte zur Erhöhung der Brems- und Fahrstabilität bei.
Insbesondere schafft die erfindungsgemäße Lösung in vorteilhafter Weise die Voraussetzungen dafür, die aktuelle Fahrzeugmasse m in unterschiedlichen Fahrsituationen des Kraftfahrzeuges zu bestimmen. Die Fahrzeugmasse m kann durch die Erfindung sowohl bei einer konstanten Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeuges als auch bei einer nicht konstanten Fahrgeschwindigkeit v, also in Fahrsituationen mit einer Beschleunigung a des Kraftfahrzeuges, bestimmt werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse (m) eines durch Vortriebskräfte in seiner Längsrichtung bewegten Kraftfahrzeuges, bei dem über Messwerte des Antriebsstranges die momentanen Motormomente und die vorliegende Getriebeübersetzung erfasst werden und unter Berücksichtigung der für das Fahrzeug bekannten Verluste durch Nebenaggregate und Wirkungsgrade die momentane Gesamtradvortriebskraft (F_Rad) sowie die Rollwiderstandskraft (F_Roll) durch eine angenommene Fahrzeugmasse (m₁) und durch einen angenommenen Rollwiderstandsbeiwert (f) und die Luftwiderstandskraft F_cw aus dem Produkt aus Fläche (A) und dem Luftwiderstandsbeiwert (c_w) und der Fahrgeschwindigkeit v bestimmt wird, und mittels der bestimmten Werte der Gesamtradvortriebskraft (F_Rad), der Rollwiderstandskraft (F_Roll), der Luftwiderstandskraft (F_cw) und einer dazugehörigen Längsgesamtbeschleunigung (a) gemäß der Formel
die aktuelle Fahrzeugmasse (m) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsgesamtbeschleunigung (a), die eine Summe der Fahrbeschleunigung (a_v) und der Beschleunigung am Berg (a_Berg) ist, als Messwert aus einem Längsbeschleunigungssensor erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die angenommene, annähernde Fahrzeugmasse (m₁) aus der bekannten Fahrzeugleermasse und aus einer mittleren Zuladung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Produkt aus der Fläche (A) und dem Luftwiderstandsbeiwert (c_w) aus den bekannten Standarddaten des Fahrzeuges entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Bestimmung der Rollwiderstandskraft (F_Roll) die zuletzt ermittelte Fahrzeugmasse (m) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zuletzt ermittelte Produkt aus Fläche (A) und Luftwiderstandsbeiwert (c_w) und die zuletzt ermittelte Fahrzeugmasse (m) zur Steuerung und Regelung der Fahrdynamik des Fahrzeuges verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zuletzt ermittelte Produkt aus der Fläche (A) und dem Luftwiderstandsbeiwert (c_w) und die zuletzt ermittelten Fahrzeugmasse (m) zur elektrischen Getriebesteuerung und zur Steuerung der Brems- und Fahrstabilitätssysteme des Fahrzeuges verwendet werden.