Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs.

Die Kenntnis der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs ist für den einwandfreien Betrieb vieler an Bord des Fahrzeugs befindlicher Vorrichtungen, wie Steuervorrichtungen der Bremsung oder von Automatikgetrieben notwendig. Bei solchen Vorrichtungen erlaubt die Verwendung einer nominellen Masse nämlich keine optimale Steuerung des Fahrzeugs.

Es ist also wünschenswert, schnell eine zuverlässige Schätzung der Masse des Fahrzeugs zu erhalten, selbst wenn das Fahrzeug auf einer Gefällstrecke fährt. Es gibt Vorrichtungen zur Masseabschätzung eines Kraftfahrzeugs.

Die Druckschrift US-6249735 beschreibt ein Verfahren zur Schätzung des Zustands eines Fahrzeugs, das einen Schritt der Schätzung der Masse des Fahrzeugs ausgehend vom Motordrehmoment und der Beschleunigung des Fahrzeugs während eines Gangwechsels aufweist. Die Berechnung der Beschleunigung wird durch diskrete Annäherung der Ableitung der Geschwindigkeit und durch Filterung durchgeführt, was zu Rauschproblemen führt und die Präzision und die Robustheit der Schätzung beeinflusst.

Die Druckschrift US-6167357 berechnet die Beschleunigung des Fahrzeugs durch Integration seiner Geschwindigkeit, berücksichtigt aber nicht die Abschüssigkeit der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt.

Die Druckschrift WO-03/016837 bezieht sich auf ein Verfahren zur Schätzung der Masse eines Fahrzeugs, das auf einer Straße gefahren wird, die ein variables Gefälle aufweist. Man misst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, um einen Eingangsdatenwert für eine Rechenvorrichtung zu erzeugen, und man misst eine Variable, die eine auf das Fahrzeug einwirkende Längskraft enthält, um einen Eingangsdatenwert für die Rechenvorrichtung zu erzeugen.

Die Verfahren, die nicht die Beschleunigung des Fahrzeugs verwenden, sind zwar weniger verrauscht, berücksichtigen aber nicht die Abschüssigkeit der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt.

Die Erfindung hat zum Ziel, die Gesamtmasse eines Fahrzeugs zu schätzen, unter Verwendung der Beschleunigung des Fahrzeugs, um die Abschüssigkeit der Fläche zu berücksichtigen, auf der das Fahrzeug fährt, wobei aber die Rauschprobleme bei den durch Sensor gemessenen oder berechneten Parametern verringert werden.

Das Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung ermöglicht es, die Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs zu schätzen. Die Masse des Fahrzeugs wird durch einen rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus geschätzt, der eine Berechnung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs aufweist, ausgehend von der Grundgleichung der Dynamik, durch Fehleranalyse, mittels einer durch Fehler verursachten Beschleunigungsänderung. Diese Fehler umfassen einen Fehler der Masse des Fahrzeugs, einen Fehler der Abschüssigkeit der Oberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, und Modellfehler, wobei die Abschüssigkeit von einem Neigungssensor oder von Abschüssigkeits-Schätzmitteln geliefert wird.

Das Verfahren ermöglicht es, die Gesamtmasse des Fahrzeugs zu schätzen, unter Berücksichtigung der Abschüssigkeit der Fläche, auf der es fährt, und ohne die Geschwindigkeit abzuleiten, was es ermöglicht, die Präzision der Schätzung zu verbessern.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden Daten verarbeitet, die einen Rücksetzungsbefehl, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Drehzahl des Motors, das vom Motor übertragene Drehmoment, eine Erfassung der Betätigung der Kupplung, eine Erfassung der Betätigung der Bremsung, und eine Erfassung einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, um die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu berechnen, eine Resultierende der Antriebskräfte, der aerodynamischen Kraft und der Rollkraft, und eine äquivalente Schwungmasse aufgrund der Übersetzungs-Massenkräfte umfassen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Verarbeitung der Daten zugelassen, wenn sie innerhalb vorbestimmter Werteintervalle bleiben, die eine Gültigkeit des Modells gewährleisten. Die Gesamtmasse des Fahrzeugs wird durch einen rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus geschätzt, und die Schätzung der Gesamtmasse des Fahrzeugs wird überwacht, wobei eine vorbestimmte Masse geliefert wird, so lange der Algorithmus nicht konvergiert hat, wobei die geschätzte Masse gehalten wird, wenn ein vorbestimmtes Konvergenzkriterium erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird außerdem eine Rückkopplung der geschätzten Masse verarbeitet, und es wird die durch Fehler verursachte Beschleunigungsänderung berechnet, die einen Fehler der Veränderung der Masse des Fahrzeugs bezüglich einer Bezugsmasse, einen Fehler der Abschüssigkeit der Oberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, und Modellfehler bei der Datenverarbeitung umfassen. Es wird außerdem eine Beschleunigung geschätzt, die ein Neigungssensor liefern würde, wenn einer vorhanden wäre, die im rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus verwendet wird, wobei die Neigungssensor-Beschleunigungsschätzung die durch Fehler verursachte Beschleunigungsänderung verwendet.

Außerdem wird die Abschüssigkeit ausgehend von der durch Fehler verursachten Beschleunigungsänderung geschätzt, und der rekursive kleinste-Quadrate-Algorithmus hängt von der Abschüssigkeit ab und weist zwei Modi auf, einen flachen Modus, wenn die Abschüssigkeit sich in einem vorbestimmten Werteintervall befindet, der einer ebenen Oberfläche entspricht, und einen Neigungs-Modus in den anderen Fällen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei der Datenverarbeitung außerdem eine Beschleunigung, die ein Neigungssensor liefern würde, wenn einer vorhanden wäre, mittels der Abschüssigkeit der Oberfläche geschätzt, auf der das Fahrzeug fährt, wobei die Abschüssigkeit von Abschüssigkeits-Schätzmitteln geliefert wird und die Neigungssensorbeschleunigung im rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus verwendet wird.

In einer bevorzugen Ausführungsform wird eine von einem Neigungssensor gelieferte Beschleunigung verarbeitet, die im rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus verwendet wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Abschüssigkeit der Oberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, ausgehend von der vom Neigungssensor gelieferten Beschleunigung und von der Berechnung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs berechnet. Der rekursive kleinste-Quadrate-Algorithmus hängt von der Abschüssigkeit ab und weist zwei Modi auf, einen flachen Modus, wenn die Abschüssigkeit sich innerhalb eines vorbestimmten Werteintervalls befindet, der einer ebenen Oberfläche entspricht, und einem Neigungs-Modus in den anderen Fällen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Schätzung der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, die Radgeschwindigkeitssensoren, einen Motordrehmomentsensor, einen Motordrehzahlsensor, einen Positionssensor des Kupplungspedals, einen Positionssensor des Bremspedals, Mittel zur Erfassung der Kurvenfahrt des Fahrzeugs, und eine elektronische Steuereinheit aufweist, mit der die Sensoren verbunden sind. Die elektronische Steuereinheit weist ein Rücksetzungsmittel und Mittel zur Schätzung der Gesamtmasse des Fahrzeugs durch einen rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus auf, der eine Berechnung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ausgehend von der Grundgleichung der Dynamik durch Fehleranalyse enthält. Die Fehleranalyse wird mittels einer Beschleunigungsänderung aufgrund von Fehlern durchgeführt, die einen Fehler einer Veränderung der Masse des Fahrzeugs bezüglich einer Bezugsmasse, einen Fehler der Abschüssigkeit der Oberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, und Modellfehler umfassen. Die elektronische Steuereinheit weist außerdem Mittel zur Verarbeitung der von den Sensoren übertragenen Daten, Mittel zum Zulassen der Verarbeitung der Daten, wenn sie innerhalb vorbestimmter Werteintervalle bleiben, die eine Gültigkeit des Modells gewährleisten, und Überwachungsmittel auf, um eine vorgegebene Masse zu liefern, so lange der Algorithmus nicht konvergiert hat, indem die geschätzte Masse gehalten wird, wenn ein vorbestimmtes Konvergenzkriterium erreicht wird.

In einer bevorzugten Anwendungsform weist die Vorrichtung außerdem einen Neigungssensor auf, der in der Lage ist, an die Verarbeitungsmittel eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu liefern.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, die rein beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:

1 die Schätzung der Gesamtmasse gemäß einem Aspekt der Erfindung;

2 die Schätzung der Gesamtmasse gemäß einem Aspekt der Erfindung mit einer Schätzung der Abschüssigkeit;

3 die Schätzung der Gesamtmasse gemäß einem Aspekt der Erfindung mit einer von einem Neigungssensor gelieferten Beschleunigung;

4 die Schätzung der Gesamtmasse gemäß einem Aspekt der Erfindung mit einer von einem Neigungssensor gelieferten Beschleunigung und einer Abschüssigkeitsschätzung.

In 1 ist schematisch eine erste Schätzvorrichtung 1 der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die einen Datenverarbeitungsblock 2, einen Block 3 des Zulassens des Betriebs der Vorrichtung 1, einen Block 4 des Schätzens der Masse durch einen rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus, und einen Überwachungsblock 5 aufweist.

Der Verarbeitungsblock 2 empfängt am Eingang Daten, die eine Rücksetzungsinformation über die Verbindung 6, die Drehzahl des Motors über eine Verbindung 7, das vom Motor gelieferte Drehmoment über eine Verbindung 8, eine Information über den Betätigungszustand der Kupplung über eine Verbindung 9, eine Information über ein vom Fahrer gefordertes Bremsen über eine Verbindung 10, eine Information über eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs über eine Verbindung 11, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über eine Verbindung 12 enthalten.

Die Blöcke 2 und 3 kommunizieren über eine Verbindung 13, und der Zulassungsblock 3 kommuniziert mit den Blöcken 4 und 5 über eine Verbindung 14.

Der Block 2 berechnet eine Resultierende F der Antriebs-, aerodynamischen und Rollkräfte, eine äquivalente Schwungmasse M_j aufgrund der Übersetzungs-Massenkräfte und eine Beschleunigung &ggr;_Schätzwert des Fahrzeugs, und überträgt sie zum Schätzblock 4 über Verbindungen 15, 16 bzw. 17. Der Block 2 berechnet außerdem eine Beschleunigungsänderung &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;) aufgrund von Parametern, die eine Massenveränderung &Dgr;M des Fahrzeugs bezüglich einer Bezugsmasse, Modellfehler &egr; und die Abschüssigkeit &agr; der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt, enthalten, und überträgt sie zum Block 4 über eine Verbindung 18. Die Abschüssigkeit wird von Abschüssigkeits-Schätzmitteln geliefert, zum Beispiel in Form eines Neigungssensors, oder von äquivalenten Abschüssigkeits-Schätzmitteln.

Der Block 4 schätzt durch einen rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus eine Masse M_MCR des Fahrzeugs und überträgt sie zum Überwachungsblock 5 über eine Verbindung 19. Der Überwachungsblock verarbeitet dann diese Eingabe und liefert am Ausgang die geschätzte Gesamtmasse M über eine Verbindung 20, die an den Eingang des Verarbeitungsblocks 2 rückgeschleift ist, für die Berechnung der Beschleunigungsänderung &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;)

Die Rücksetzungsinformation kann zum Beispiel von einem Öffnen einer Tür kommen, die oft synonym für eine Änderung der Anzahl von Fahrgästen oder das Laden von Gegenständen oder auch das Ausladen von Gegenständen ist. In diesem Fall verändert sich die Masse, und die Schätzung der Masse des Fahrzeugs muss zurückgesetzt werden.

Der Block 2 berechnet die Resultierende F durch die folgenden Beziehungen:

F

die Resultierende der Antriebskräfte F_Motor, aerodynamischen Kräfte F_aero und Rollkräfte F_Rollen in N;

&thgr;₁ und &thgr;₂

vorbestimmte Parameter, die vom Fahrzeug abhängen und es ermöglichen, F_aero + F_Rollen in N bzw. kg/m zu schätzen;

r_Getriebe

das Verhältnis für einen eingelegten Gang zwischen einer Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle und einer Drehgeschwindigkeit einer Eingangswelle einer Kupplung des Fahrzeugs;

C_Motor

das Drehmoment des Motors in Nm;

R_Rad

der Radius der Räder des Fahrzeugs in m;

&ohgr;_Motor

die Drehzahl des Motors in rad/s;

J_Trans

die Trägheit der Einheit aus Motor und Übersetzungsgetriebe in kg m²/s; und

r_Achse

die dimensionslose Achsuntersetzung.

Der Block 2 berechnet außerdem eine äquivalente Schwungmasse M_j aufgrund der Übersetzungs-Massenkräfte zwischen dem Motor und den Rädern mittels einer vorbestimmten Funktion des Verhältnisses r_Getriebe.

Außerdem berechnet der Block 2 die Beschleunigung &ggr;_Schätzwert Und die Beschleunigungsänderung &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;), der eine Dynamik Null aufgezwungen wird (Ableitung bezüglich der Zeit Null) mittels des folgenden iterativen Systems:

Man erhält die folgende Beziehung: &ggr;_Schätzwert – &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;) = &ggr;_Sensor -&dgr;(&Dgr;M, &egr;) die es ermöglicht, ein Signal zu konstruieren, das von einem Neigungssensor, wenn es einen gäbe, oder von äquivalenten Abschüssigkeits-Schätzmitteln geliefert wird, bis auf den Term &dgr;(&Dgr;M,&egr;), der eine Beschleunigungsänderung aufgrund der Massenänderung des Fahrzeugs und der Modellfehler darstellt. Es wird auch angenommen, dass &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;) eine Näherung der Beschleunigung g&agr; aufgrund der Abschüssigkeit ist, bis auf den Term &dgr;(&Dgr;M,&egr;). Dieser Term &dgr;(&Dgr;M,&egr;) ist um so vernachlässigbarer, als die Schätzungen der Masse, der Motorbremsung und der Widerstandskräfte korrekt sind; zu diesem Zweck wird die Masseschätzung am Eingang des Blocks 2 wieder eingespeist.

Der Block 4 schätzt eine Masse M_MCR des Fahrzeugs durch den rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus. Er kann in zwei Modi arbeiten, Neigung und flach, wenn man die Abschüssigkeit schätzt, oder nur in einem Neigungsmodus, wenn die Abschüssigkeit nicht geschätzt wird.

Durch den Algorithmus wird die Gleichung y=_MMCR.r gelöst, mit r=&ggr;_Sensor, wenn man einen einzigen Neigungs-Modus verwendet.

Man kann auch zwei Modi von Schätzungen verwenden, die einen flachen Modus und einen Neigungs-Modus aufweisen, der entsprechend dem geschätzten Wert der Abschüssigkeit gewählt wird. Wenn die geschätzte Abschüssigkeit in einem vorbestimmten Intervall liegt, das den flachen Modus definiert, wird der flache Modus verwendet, der durch

In 2 ist schematisch eine zweite Schätzvorrichtung 1 der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die vom Block 4 gelieferte Endmasse wird nicht an den Eingang des Blocks 2 zurückgeleitet. Der Block 2 überträgt nicht die Beschleunigungsänderung &dgr;_Schätzwert (&Dgr;M, &egr;, &agr;) an den Block 4, sondern überträgt einen Wert der Abschüssigkeit &agr; der Fläche, auf der das Fahrzeug fährt, über eine Verbindung 21. Diese Abschüssigkeit wird zum Beispiel von einem Neigungssensor geliefert oder wird vom Block 2 mittels einer anderen Abschüssigkeits-Schätzvorrichtung geschätzt.

Der Block 2 schätzt die Beschleunigung &ggr;_Schätzwert des Fahrzeugs mittels der folgenden Beziehungen:

V_Sensor

die von einem Sensor gelieferte Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in m/s;

V_Schätzwert

die geschätzte Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in m/s;

M₀

eine Bezugsmasse des Fahrzeugs; und

K₁ und K₂

Parameter von Berechnungen, die so vorbestimmt sind, dass es eine Konvergenz in s^-1 bzw. s^-2 gibt.

Wenn man über eine zuverlässige Schätzung der Abschüssigkeit &agr; und der Beschleunigung &ggr;_Schätzwert verfügt, kann man ein Signal &ggr;_Sensor, das von einem Neigungssensor geliefert würde, wenn es einen gäbe, mittels der folgenden Beziehung konstruieren:

Der Block 4 schätzt eine Masse M_MCR des Fahrzeugs durch den rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus, wie oben beschrieben. Er kann in zwei Modi arbeiten, Neigung und flach, wenn man die Abschüssigkeit schätzt, oder nur im Neigungs-Modus, wenn die Abschüssigkeit nicht geschätzt wird.

In 3 ist schematisch eine dritte Schätzvorrichtung 1 der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die einen Neigungssensor 23 aufweist, der an den Block 2 eine Beschleunigung des Fahrzeugs &ggr;_Sensor über eine Verbindung 22 liefert. Der Block 2 überträgt ebenfalls die Beschleunigung des Fahrzeugs &ggr;_Sensor an den Block 4 über eine Verbindung 23. Da der Block 4 in diesem Fall nur mit einem einzigen Modus arbeitet, dem Neigungs-Modus, überträgt der Block 2 keine Abschüssigkeit oder eine berechnete Beschleunigung an den Block 4.

Der Block 4 schätzt eine Masse M_MCR des Fahrzeugs durch den rekursiven kleinste-Quadrate-Algorithmus, wie oben beschrieben, mittels eines einzigen Neigungs-Modus.

In 4 ist schematisch eine dritte Schätzvorrichtung 1 der Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die einen Neigungssensor aufweist, und deren Block 4 in zwei Modi arbeitet, Neigung und flach, wie oben beschrieben.

Die Erfindung ermöglicht es, eine zuverlässige und präzise Schätzung der Gesamtmasse eines Fahrzeugs zu erhalten, unter Berücksichtigung der Abschüssigkeit, auf der das Fahrzeug fährt.

Die Erfindung ermöglicht es auch, die Rauschprobleme bei den von den Sensoren gelieferten oder geschätzten Messungen zu begrenzen.