Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs.

Kraftfahrzeuge werden regelmäßig mit Sicherheitsfunktionen und fahrdynamischen Regelfunktionen, wie beispielsweise einem Antriebsschlupfregler (ASR), einem Fahrdynamikregler (z. B: ESP), einem Tempomat, einem Abstandsregler, einem Lenkregler oder anderen Regelfunktionen ausgestattet. Da insbesondere Kraftfahrzeuge mit hoher Beladungsvarianz, wie z. B. Nutzfahrzeuge, im beladenen Zustand ein stark unterschiedliches Fahrverhalten zum unbeladenen Zustand aufweisen können, spielt bei vielen Regelfunktionen die Fahrzeuggesamtmasse als Eingangsgröße eine wichtige Rolle.

Es ist bekannt zur Bestimmung der Fahrzeuggesamtmasse m die Formel

F = m ^■ a

zu verwenden und die Fahrzeuggesamtmasse m aus der Kraft F und der

Beschleunigung a zu bestimmen. Die Kraft F repräsentiert dabei die Antriebskraft, die vom Motor des Kraftfahrzeugs erzeugt wird. Die Beschleunigung a wird mit Hilfe der Rad-Drehzahlsensoren ermittelt.

Diese Vorgehensweise kann in bestimmten Fahrzuständen zu einem ungenauen Ergebnis führen. Insbesondere an einer Steigung wird bei gleich bleibender Antriebskraft eine gegenüber einer Ebene geringere Beschleunigung erzielt, so dass die Fahrzeuggesamtmasse zu groß eingeschätzt wird. Ferner kann so ein Beitrag eines Rollwiderstandes des Kraftfahrzeugs nicht berücksichtigt werden.

Es ist weiter bekannt, diese Probleme zu beheben, indem dem oben genannten Term ein Störterm zugefügt wird:

An einer Steigung ist der Störterm F _Off im Wesentlichen repräsentativ für die Hangabtriebskraft, die mittels der Antriebskraft zusätzlich überwunden werden muss. Die Fahrzeuggesamtmasse kann nun ermittelt werden, indem zwei unterschiedliche Werte für die Antriebskraft und jeweils zugehörige Beschleunigungswerte ermittelt werden. Die Fahrzeuggesamtmasse wird dann durch Division der Differenz der beiden Antriebskraftwerte durch die Differenz der beiden Beschleunigungswerte ermittelt. Die Genauigkeit kann noch weiter erhöht werden, wenn die Antriebskraftwerte und die zugehörigen Beschleunigungswerte mehr als zweimal, insbesondere zeitkontinuierlich, ermittelt werden und die Fahrzeuggesamtmasse und der Störterm über rekursive Identifikationsalgorithmen, beispielsweise mittels Kaiman-Filters oder mit der Methode der kleinsten Quadrate (RLS) ermittelt werden.

Alternativ dazu ist es bekannt, die Beschleunigung mittels eines Beschleunigungssensors zu messen, der die Beschleunigung z. B. kapazitiv direkt misst. Der Beschleunigungssensor erfasst neben der tatsächlichen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs auch die Hangabtriebskraft, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, und ermöglicht somit das Bestimmen der Fahrzeuggesamtmasse durch einmaliges Ermitteln eines Wertes der Antriebskraft und eines zugehörigen Beschleunigungswertes. Ein solcher Beschleunigungssensor erfasst jedoch auch ein Einnicken des Kraftfahrzeugs, beispielsweise aufgrund einer Beladung als Steigung, welche dann fälschlich der Hangabtriebskraft zugeordnet wird und zu einem ungenauen Ergebnis führt. Außerdem erkennt auch der Beschleunigungssensor den Beitrag des Rollwiderstands des Kraftfahrzeugs nicht.

Offenbarung der Erfindung Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Fahrzeuggesamtmasse eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit der bzw. dem sich die Fahrzeuggesamtmasse besonders genau bestimmen lässt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, mindestens zwei unterschiedliche Werte, die eine Längskraft des Kraftfahrzeugs repräsentieren (im Folgenden Längskraftwerte), und wenigstens zwei zugehörige Beschleunigungswerte zu ermitteln. Die Beschleunigungswerte werden dabei mittels eines Beschleunigungssensors direkt gemessen (keine Ableitung aus den Raddrehzahlen). Die Fahrzeuggesamtmasse wird schließlich durch

Differenzenbildung und/oder mittels eines Identifikationsalgorithmus abhängig von den Längskraftwerten und den zugehörigen Beschleunigungswerten ermittelt. Dies ermöglicht es, die Fahrzeuggesamtmasse besonders präzise zu ermitteln. Je mehr Werte der Längskraft mit entsprechenden Beschleunigungswerten ermittelt werden, desto präziser kann die Fahrzeuggesamtmasse geschätzt werden.

Als Fahrzeuggesamtmasse soll hier insbesondere die Summe aus Fahrzeugmasse inklusive Beladung und eines oder mehrerer Insassen verstanden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch dazu verwendet werden, die Gesamtmasse des Fahrzeugs einschließlich Anhänger zu bestimmen.

Längskraftwerte sind grundsätzlich alle in Längsrichtung des Fahrzeugs wirkende Kräfte, Momente oder entsprechende Werte, wie z. B: eine Antriebskraft oder ein Antriebsmoment, aber auch eine Bremskraft oder ein Bremsmoment.

Die Längskraftwerte sowie die zugehörigen Beschleunigungswerte werden vorzugsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Fahrbetriebs ermittelt.

In einer speziellen Ausführungsform wird zusätzlich ein Störterm ermittelt, der zumindest den Einfluss eines Sensor-Offsets und/oder eines Rollwiderstands des Kraftfahrzeugs repräsentiert. Der Sensor-Offset kann beispielsweise durch ein Einnicken des Kraftfahrzeugs beispielsweise aufgrund eines Beladungszustandes des Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden. Durch Berücksichtigung eines solchen Störterms kann die Fahrzeuggesamtmasse genauer bestimmt werden.

Zur Bestimmung der Masse wird vorzugsweise ein rekursiver

Identifikationsalgorithmus verwendet. Dadurch kann die Fahrzeuggesamtmasse noch genauer bestimmt werden.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Fahrzeuggesamtmasse mittels eines Kaiman-Filters oder mit der Methode der kleinsten Quadrate (RLS) bestimmt wird. Ein solcher Algorithmus ermittelt grundsätzlich abhängig von den Eingangsgrößen (z. B. Längskraft, Beschleunigung) eine optimale Parametrisierung einer Funktion. Die optimale Parametrisierung ist beispielsweise durch ein minimales Fehlerquadrat gekennzeichnet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Fahrzeuggesamtmasse nur ermittelt, wenn zumindest eine, insbesondere die Fahrsituation betreffende, Bedingung erfüllt ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Fahrzeugmasse nur in einer kontrollierten Fahrsituation ermittelt wird, in der das Fahrzeug nicht über- oder untersteuert. Dadurch kann vermieden werden, dass die Fahrzeuggesamtmasse aufgrund unrepräsentativer Messgrößen unpräzise ermittelt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Fahrzeugmasse nur in Fahrsituationen berechnet wird, in denen die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Ein solcher Geschwindigkeitsgrenzwert ist beispielsweise 100 km/h.

Der Schätzwert der Fahrzeuggesamtmasse wird vorzugsweise einem Regel- Algorithmus des Kraftfahrzeugs als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt. Dies kann z. B. ein Tempomat, Abstandregler oder ein Lenkregler sein. Der Regler kann somit an unterschiedliche Beladungen angepasst werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Fahrzeuggesamtmasse,

Fig. 2 ein Ablauf-Diagramm eines Programms zum Ermitteln der Fahrzeuggesamtmasse, und

Fig. 3 ein Diagramm.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Ermitteln der Fahrzeuggesamtmasse, wie z. B. ein Steuergerät. Als Eingangsgrößen erhält die Vorrichtung 2 zwei unterschiedliche Werte F1 , F2, die repräsentativ sind für eine Antriebskraft des Kraftfahrzeugs. Diese Antriebskraftwerte werden z. B. vom Motor-Steuergerät zur Verfügung gestellt. Weitere Eingangsgrößen sind zu den Werten F1 , F2 zugehörige Beschleunigungswerte A1 , A2. Ein Wertepaar F1 , A1 bzw. F2, A2 beschreibt jeweils die Antriebskraft und die zugehörige Beschleunigung zu einem Zeitpunkt (oder kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten).

Als Ausgangsgrößen liefert die Vorrichtung 2 die Fahrzeuggesamtmasse m und vorzugsweise einen Störwert F _O ff. Die Fahrzeuggesamtmasse m ist repräsentativ für die Masse des Kraftfahrzeugs einschließlich Beladung, inklusive einer oder mehrerer Insassen. Der Störwert F _Off repräsentiert einen Anteil der

Erdanziehungskraft, der gegebenenfalls aufgrund eines Einnickens des Kraftfahrzeugs von dem Beschleunigungssensor registriert wird, beispielsweise wegen einer ungleichmäßigen Beladung des Kraftfahrzeugs. Das Einnicken des Kraftfahrzeugs ruft in dem Beschleunigungssensor qualitativ das gleiche Signal hervor, wie eine Fahrt mit dem Kraftfahrzeug auf einer Steigung. In diesem Zusammenhang kann der Störterm auch als Sensor-Offset des Beschleunigungssensors bezeichnet werden. Zusätzlich ist der Störwert F _O ff repräsentativ für eine Rollwiderstandskraft, die durch die Antriebskraft des Kraftfahrzeugs überwunden werden muss. Da sich der Beladungszustand grundsätzlich nicht während eines Fahrzyklus ändert und sich der Rollwiderstand unterhalb eines Geschwindigkeitsgrenzwertes nur unwesentlich ändert, kann der Störwert F _O ff unterhalb des Geschwindigkeitsgrenzwerts auch näherungsweise als zeitinvariante Störgröße bezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln der Fahrzeuggesamtmasse m anhand eines Flussdiagramms. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, beispielsweise nach dem Start des Kfz-Motors, wobei in Schritt S1 gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.

In einem Schritt S2 kann überprüft werden, ob eine vorgegebene, den Fahrzustand betreffende Bedingung CON erfüllt ist. Diese Bedingung CON ist z. B. erfüllt, wenn sich das Fahrzeug in einer für die Ermittlung zulässigen Fahrsituation befindet, also insbesondere nicht über- oder untersteuert. Die Bedingung CON kann auch umfassen, dass die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, z. B. kleiner als 100 km/h ist. Dadurch kann der Einfluss des Rollwiderstands auf den Störwert F _O ff begrenzt werden.

Falls die Bedingung von Schritt S2 erfüllt ist, wird in Schritt S3 ein erster Antriebskraftwert F1 abhängig von einer Lastgröße L1 ermittelt. Die Lastgröße ist beispielsweise ein Luftmassenstrom in einen Zylinder der Brennkraftmaschine oder ein Saugrohrdruck in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine. Alternativ könnte auch ein Drehmoment-Sensor vorgesehen sein, aus dessen Signal der erste Antriebskraftwert F1 ermittelt wird. Falls das Kraftfahrzeug keine Brennkraftmaschine oder zusätzlich zu der Brennkraftmaschine ein anderes Antriebsaggregat umfasst, so können entsprechende andere Messgrößen zum Ermitteln der Antriebskraftwerte F1 , F2 herangezogen werden.

In Schritt S4 wird der zugehörige erste Beschleunigungswert A1 mittels eines Beschleunigungssensors gemessen. Der Beschleunigungssensor ist vorzugsweise so in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass er im Wesentlichen eine Beschleunigung entlang der Längsachse des Kraftfahrzeugs erfasst.

Die Schritte S5 und S6 werden nach den Schritten S3 und S4 in entsprechender Weise abgearbeitet. Daraus ergeben sich ein zweiter Antriebskraftwert F2 und ein zugehöriger zweiter Beschleunigungswert A2. In Schritt S7 wird schließlich die Fahrzeuggesamtmasse m bestimmt. Dies erfolgt vorzugsweise auf Grundlage der Formel: mit a = a _τ + g ^■ sinα

wobei aj die tatsächliche Beschleunigung des Fahrzeugs (in einem externen Koordinatensystem) als zeitliche Veränderung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und g ^■ sinα den Anteil der Erdbeschleunigung repräsentieren. Mit wenigstens zwei Wertepaaren F1 , A1 und F2, A2 kann daraus sowohl die Fahrzeuggesamtmasse m als auch der Störwert F _O ff ermittelt werden. Beispielsweise können zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten (m, F _O ff) aufgestellt und z. B. durch Differenzenbildung gelöst werden.

Vorzugsweise werden jedoch weit mehr Wertepaare ermittelt. Das sich dadurch ergebene algebraische System ist dann überbestimmt, was ein sehr präzises Ermitteln der Fahrzeuggesamtmasse und des Störwerts F _O ff ermöglicht.

Vorzugsweise werden Identifikationsalgorithmen, insbesondere rekursive

Identifikationsalgorithmen zum Ermitteln der Fahrzeuggesamtmasse m und des Störwerts F _O ff herangezogen. Insbesondere ein Kaiman-Filter oder die Methode der kleinsten Quadrate ermöglichen dann in relativ kurzer Zeit eine besonders präzise Berechnung der gesuchten Größen.

Fig. 3 zeigt ein Zeit-Masse-Diagramm, in dem die Ermittlung der Fahrzeuggesamtmasse m mittels des Kaiman-Filters in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt wird. Dieser ermittelt rekursiv innerhalb weniger Sekunden die Fahrzeuggesamtmasse m sehr präzise.

Vorzugsweise werden die ermittelte Fahrzeuggesamtmasse m und/oder der Störterm F _Off weiteren Fahrzeugfunktionen zur Verfügung gestellt. Insbesondere kann die Fahrzeuggesamtmasse m dazu beitragen, diverse Regel-Algorithmen des Kraftfahrzeugs an die aktuelle Beladung anzupassen.