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Dokumentenidentifikation DE102006022171A1 15.11.2007
Titel Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Wolfgang, Werner, 88213 Ravensburg, DE;
Würthner, Maik, Dr., 88048 Friedrichshafen, DE;
Sauter, Ingo, 88074 Meckenbeuren, DE
DE-Anmeldedatum 12.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006022171
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/12(2006.01)A, F, I, 20060512, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei zur Bestimmung eines Massewertes Kraft- und Bewegungsgrößen teils vor oder nach der Schaltung und teils während der Schaltung ermittelt werden. Zur schnelleren und genaueren Ermittlung der Masse ist vorgesehen, dass die auf die Antriebsräder bezogene Zugkraft des Antriebsmotors vor und nach der Schaltung F_zug_vor, F_zug_nach und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vor und nach der Schaltung a_zug_vor, a_zug_nach sowie in der zugkraftfreien Phase (Rollphase) während der Schaltung die Beschleunigung in Rollphase a_roll ermittelt werden und dass daraus nach der Gleichung m = F_zug/(a_zug - a_roll) ein erster Messewert m_vor = F_zug_vor/a_zug_vor - a_roll) für den Beginn der Schaltung und ein zweiter Massewert m_nach = F_zug_nach/(a_zug_nach - a_roll) für das Ende der Schaltung berechnet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei zur Bestimmung eines Massewertes Kraft- und Bewegungsgrößen teils vor oder nach der Schaltung und teils während der Schaltung ermittelt werden.

Die Kenntnis der Masse eines Kraftfahrzeugs ist von elementarer Bedeutung, um das Schaltverhalten eines automatisierten Schaltgetriebes optimal steuern zu können. So wird die Masse zur Berechnung des Fahrwiderstands benötigt, dessen genaue Ermittlung für die Bestimmung der Schaltdrehzahl, bei welcher der aktuell eingelegte Lastgang durch eine Schaltung verlassen wird, und für die Bestimmung des Zielgangs, in den durch die Schaltung gewechselt wird, erforderlich ist. Beispielsweise bei Nutzfahrzeugen, deren Masse sich durch Beladungs- und Entladungsvorgänge stark ändern kann, dient die Masse des Kraftfahrzeugs auch zur Bestimmung des Anfahrgangs.

Ein Verfahren zur Ermittlung der Masse bzw. des Gesamtgewichts eines Kraftfahrzeugs ist aus der EP 0 695 930 A1 bekannt. Dieses bekannte Verfahren bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsstrang einen mit einer elektronischen Steuerung versehenen Verbrennungsmotor als Antriebsmotor und ein manuelles Schaltgetriebe aufweist. Zur Ermittlung des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass zu zwei in Beziehung zu einem Hochschaltvorgang stehenden Zeitpunkten jeweils das Drehmoment des Antriebsmotors und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden und daraus das Fahrzeuggewicht berechnet wird. Die ersten Werte werden bevorzugt unmittelbar vor dem Schließen der Motorkupplung und dem Aufbau des Motormomentes und die zweiten Werte nach dem vollständigen Schließen der Motorkupplung und dem Aufbau des Motormomentes ermittelt. Zur Verbesserung der Genauigkeit des derart bestimmten Gesamtgewichtes ist eine Mittelwertbildung aus mehreren Gewichtswerten vorgesehen, die jeweils aus denselben ersten Werten und aus zu verschiedenen Zeiten ermittelten zweiten Werten berechnet werden. Da insbesondere der Zeitpunkt der Ermittlung der ersten Werte wegen der in Gang befindlichen Synchronisierung und des Einlegens des Zielgangs ungünstig gewählt ist, weist der derart ermittelte Gewichtswert jedoch eine relativ große Ungenauigkeit auf.

Ein weiteres Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs ist Gegenstand der WO 00/11439. Dieses Verfahren bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe, bei dem die Zugkraft während einer Gangschaltung unterbrochen ist. Das Verfahren sieht vor, dass in einem Zeitfenster unmittelbar vor oder nach der Gangschaltung mehrere Zugkraftwerte, also Kraftgrößen, und in der zugkraftfreien Phase während der Schaltung mindestens zwei Geschwindigkeitswerte, demnach Bewegungsgrößen, ermittelt werden und daraus ein Massewert berechnet wird. Da auch der mit diesem Verfahren ermittelte Massewert vergleichsweise große Ungenauigkeit aufweisen kann, ist eine Mittelwertbildung aus mehreren in einem Fahrzyklus ermittelten Massewerten vorgesehen.

Nachteilig an beiden bekannten Verfahren ist außer der Ungenauigkeit der ermittelten Gewichts- bzw. Massewerte auch der Umstand, dass pro Schaltung nur ein Massewert ermittelt werden kann, so dass für eine Mittelwertbildung relativ viele Schaltungen und ein entsprechend langer Zeitraum eines Fahrzyklus erforderlich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, mit dem die Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs schneller und mit höherer Genauigkeit als bisher möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei zur Bestimmung eines Massewertes Kraft- und Bewegungsgrößen teils vor oder nach der Schaltung und teils während der Schaltung ermittelt werden.

Dieses Verfahren sieht außerdem vor, dass die auf die Antriebsräder bezogene Zugkraft des Antriebsmotors vor und nach der Schaltung F_zug_vor bzw. F_zug_nach und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vor und nach der Schaltung a_zug_vor bzw. a_zug_nach sowie in der zugkraftfreien Phase (Rollphase) während der Schaltung die Beschleunigung in Rollphase a_roll ermittelt werden, und dass daraus nach der Formel m = F_zug/(a_zug – a_roll) ein erster Massewert m_vor = F_zug_vor/(a_zug_vor – a_roll) für den Beginn der Schaltung und ein zweiter Massewert m_nach = F_zug_nach/(a_zug_nach – a_roll) für das Ende der Schaltung berechnet wird.

Nach der allgemein bekannten Fahrwiderstandsgleichung F_zug = F_steig + F_roll + F_luft + F_träg = F_fw + F_träg steht die auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs bezogene Zugkraft F_zug des Antriebsmotors in Beziehung zu dem Fahrwiderstand F_fw, der sich aus der Summe des Steigungswiderstands F_steig, des Rollwiderstands F_roll und des Luftwiderstands F_luft zusammensetzt, und zu der Massenträgheitskraft F_träg des Kraftfahrzeugs. Da sich die Massenträgheitskraft F_träg aus dem Produkt der aktuellen Fahrzeugmasse m und der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung a zu F_träg = m·a ergibt, kann der Fahrwiderstand F_fw in der Form F_fw = F_zug – m·a angegeben werden. Unter der Annahme, dass sich der Fahrwiderstand F_fw unmittelbar vor und während einer Schaltung bzw. während und unmittelbar nach einer Schaltung nicht wesentlich ändert, und wegen des in der zugkraftfreien Phase der Schaltung geöffneten Antriebsstrangs (F_zug_roll = 0) gilt: F_fw_vor = F_zug_vor – m·a_zug_vor = F_fw_roll = – m·a_roll und F_fw_roll = – m·a_roll = F_fw_nach = F_zug_nach – m·a_zug_nach

Daraus folgt jeweils für zwei Massewerte pro Schaltung: m_vor = F_zug_vor/a_zug_vor – a_roll) und m_nach = F_zug_nach/(a_zug_nach – a_roll)

Somit werden durch das erfindungsgemäße Verfahren jeweils zwei Massewerte pro Schaltung ermittelt, wobei der erste Massewert m_vor zeitlich dem Beginn der Schaltung und der zweite Massewert m_nach dem Ende der Schaltung zuzuordnen ist. Die Genauigkeit der beiden Massewerte m_vor, m_nach richtet sich nach dem jeweiligen Zeitpunkt der Ermittlung der Zugkraftwerte und der Beschleunigungswerte sowie der konkreten Vorgehensweise dabei, und ist zumindest nicht schlechter als die Genauigkeit der Gewichts- oder Massewerte der bekannten Verfahren.

Hinsichtlich der Genauigkeit besonders kritisch ist die Ermittlung der Beschleunigung a_roll in der zugkraftfreien Phase der Schaltung zwischen dem Öffnen und Schließen der Motorkupplung, da in dieser Phase weitgehend unbekannte und nur schwer messbare Kräfte bzw. Drehmomente auf den abtriebsseitigen Antriebsstrang einwirken können. So ist es weitgehend unbekannt, wie schnell der Antriebsmotor während einer Schaltung sein Drehmoment abbaut und wieder aufbaut, welcher Drehmomentanteil über die Synchronisierung des Zielgangs verloren geht, und wie sich Drehschwingungen, die durch den Schaltvorgang, wie durch das Öffnen und Schließen der Motorkupplung, durch das Auslegen des Lastgangs und durch das Synchronisieren und Einlegen des Zielgangs, oder durch Fahrbahnunebenheiten angeregt werden können, auf die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, also auf die aktuelle Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, auswirken.

Daher ist vorgesehen, dass die Beschleunigung a_roll in der Rollphase der Schaltung bevorzugt derart ermittelt wird, dass über eine Zeitspanne &Dgr;t, welche die zugkraftfreie Phase der Schaltung beinhaltet, mehrere diskrete Werte a_i der aktuellen Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs erfasst werden, aus diesen Beschleunigungswerten a_i bei einer Zugschaltung das Beschleunigungsminimum a_min und bei einer Schubschaltung das Beschleunigungsmaximum a_max bestimmt wird, und dieser Extremwert der Beschleunigung (a_min oder a_max) nachfolgend als Beschleunigung a_roll in der zugkraftfreien Rollphase verwendet wird.

Durch diese Vorgehensweise wird die Beschleunigung a_roll erfahrungsgemäß verfahrenssicher und mit hoher Genauigkeit ermittelt, so dass damit auch die daraus abgeleiteten Massewerte m_vor bzw. m_nach relativ genau bestimmt werden.

Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Ermittlung der Beschleunigung a_roll in der zugkraftfreien Phase und damit der Massewerte m_vor bzw. m_nach ist zweckmäßig vorgesehen, dass die Beschleunigungswerte a_i zur Erfassung eines optimalen Extremwertes (a_min oder a_max) jeweils in einem zeitlichen Abstand von maximal 10 ms ermittelt werden. In dieser Hinsicht ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Beschleunigungswerte a_i zur Eliminierung von Messfehlern und Störungen vor der Bestimmung des Extremwertes der Beschleunigung (a_min oder a_max) gefiltert werden, wozu allgemein bekannte numerische Verfahren zur Verfügung stehen.

Da die bei einem einzigen Schaltvorgang wie zuvor beschrieben ermittelten Massewerte m_vor bzw. m_nach dennoch für Steuerungszwecke, wie der Ermittlung der jeweiligen Schaltdrehzahl und des betreffenden Zielgangs zukünftiger Schaltungen, zu ungenau sein können, werden zweckmäßig die über mehrere Schaltungen ermittelten Massewerte m_i gemittelt. Konkret ist hierzu vorgesehen, dass nach dem Start der Ermittlung von Massewerten diejenigen Massewerte m_i, die vorab festgelegte Mindestbedingungen erfüllen, für die Bildung eines für Steuerungszwecke vorgesehenen ersten Massemittelwertes m_m1 aufsummiert werden, bis eine vorab festgelegte Mindestanzahl n von Massewerten m_i erreicht ist, und dass anschließend der erste Massemittelwert m_m1 durch arithmetische Mittelwertbildung m_m1 = 1/n·&Sgr;m_i, (i = 1, n) berechnet wird und dieser Massemittelwert m_m1 zunächst für Steuerungszwecke verwendet wird.

Eine Mindestbedingung kann darin bestehen, dass die Beschleunigungsdifferenz a_zug – a_roll größer als ein vorab festgelegter unterer Grenzwert der Beschleunigungsdifferenz &Dgr;a_min ist (a_zug – a_roll > &Dgr;a_min). Eine weitere Mindestbedingung kann darin bestehen, dass die Zugkraft F_zug bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter unterer Grenzwert F_Zmin der Zugkraft (F_zug > F_Zmin) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter oberer Grenzwert F_Smax der Schubkraft (F_zug < F_Smax) sein soll.

Als Mindestanzahl n der Massewerte m_i zur Bestimmung eines hinreichend genauen Massemittelwertes m_m1 hat sich in praktischen Versuchen eine Größenordnung von 10 bis 20 Werten als ausreichend erwiesen.

Auf diese Art und Weise wird also in relativ kurzer Zeit, also unter günstigen Bedingungen schon nach 5 Schaltungen, ein relativ genauer erster Massemittelwert m_m1 ermittelt, der nachfolgend für Steuerungszwecke verwendet werden kann.

Bis dieser erste Massemittelwert m_m1 zur Verfügung steht, ist zweckmäßig vorgesehen, dass ein Defaultwert der Masse m_Def, bei dem es sich z.B. um einen Mittelwert zwischen der Leermasse und der maximal zulässigen Gesamtmasse handeln kann, oder ein Schätzwert der Masse m_Sch, bei dem es sich z.B. um den im letzten Fahrzyklus zuletzt ermittelten Massemittelwert handeln kann, für Steuerungszwecke verwendet wird.

Zur Ermittlung eines genaueren Massemittelwertes ist vorteilhaft vorgesehen, dass nach dem Erreichen der Mindestanzahl n von Massewerten m_i und dem Berechnen des ersten Massemittelwertes m_m1 zusätzliche Massewerte m_i ermittelt werden, die vorab festgelegte Bedingungen für gute Massewerte m_gut_i erfüllen, und dass der erste Massemittelwert m_m1 mittels der zusätzlichen guten Massewerte m_gut_i korrigiert wird.

Diese Korrektur könnte durch den sukzessiven Austausch der in die Summe des ersten Massemittelwertes m_m1 eingegangenen schlechten Massewerte m_schlecht_i durch die zusätzlich ermittelten guten Massewerte m_gut_i erfolgen. Dies wäre allerdings nachteilig mit einer aufwändigen Indizierung der schlechten Massewerte m_schlecht_i und mit einem insgesamt hohen Rechenaufwand verbunden.

Daher wird vorliegend eine Vorgehensweise zur Korrektur des ersten Massemittelwertes m_m1 favorisiert, bei der schon während des Aufsummierens der Massewerte m_i zur Bildung des ersten Massemittelwertes m_m1 diejenigen Massewerte m_i, welche die Bedingungen für gute Massewerte nicht erfüllen, zu einer Schlechtsumme &Sgr; m_schlecht_i, (i = 1, n_schlecht) aufsummiert werden, die zusätzlichen guten Massewerte m_gut_i solange ermittelt und zu einer Gutsumme &Sgr; m_gut_i, (i = 1, n_gut) aufsummiert werden, bis deren Anzahl n_gut gleich der Anzahl n_schlecht der zuvor aufsummierten schlechten Massewerte m_schlecht_i ist, und dass nachfolgend durch den Ersatz der Schlechtsumme &Sgr; m_schlecht_i durch die Gutsumme &Sgr; m_gut_i in der Gesamtsumme &Sgr; m_i der Massewerte m_i ein exakterer zweiter Massemittelwert m_m2 berechnet wird, der nachfolgend für Steuerungszwecke verwendet wird.

Bei den Bedingungen für gute Massewerte m_gut_i handelt es sich um gegenüber den Mindestbedingungen verschärfte Anforderungen, durch die der Einfluss von Messfehlern und Störgrößen auf die Ermittlung der Massewerte vermieden oder zumindest deutlich reduziert wird und somit relativ genaue Massewerte m_gut_i erzielt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Bedingung für gute Massewerte zu Beginn der Schaltung m_vor_gut darin besteht, dass die Steigungsdifferenz der Fahrbahn zwischen der Auslösung der Schaltung &agr;_vor und der Rollphase &agr;_roll kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;&agr;_max1 sein soll (|&agr;_vor – &agr;_roll| < &Dgr;&agr;_max1).

Eine andere Bedingung für gute Massewerte zu Beginn der Schaltung m_vor_gut kann auch darin besteht, dass die Zugkraft vor der Schaltung F_zug_vor bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Zmin1 (F_zug_vor > F_zug_Zmin1) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Smax1 (F_zug_vor < F_zug_Smax1) sein soll.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut darin besteht, dass die Steigungsdifferenz zwischen der Auslösung der Schaltung &agr;_vor und der Berechnung des zweiten Massewertes &agr;_nach kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;_max2 sein soll (|&agr;_vor – &agr;_nach| < &Dgr;&agr;_max2).

Eine weitere Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut besteht darin, dass die Zugkraft zum Zeitpunkt der Berechnung des zweiten Massewertes m_nach bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Zmin2 (F_zug_nach > F_zug_Zmin2) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Smax2 (F_zug_vor < F_zug_Smax2) sein soll.

Zudem ist eine Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut, dass die Drehmomentdifferenz des Antriebsmotors vor und nach der Schaltung M_zug vor bzw. M_zug_nach kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;M_max sein soll (|M_zug_vor – M_zug_nach| < &Dgr;M_max).

Eine andere Bedingung für gute Massewerte m_vor_gut bzw. m_nach_gut besteht darin, dass die Betriebstemperatur des Antriebsmotors t_M größer als ein vorab festgelegter Grenzwert t_M_min sein soll (t_M > t_M_min).

Außerdem sieht die Erfindung vor, dass eine Bedingung für gute Massewerte m_vor_gut bzw. m_nach_gut darin besteht, dass die vor der Schaltung eingelegte Gangstufe (Lastgang G_L) größer ist als ein kleinster Gang G_min und kleiner als ein größter Gang G_max sein soll (G_L > G_min, G_L < G_max).

Da sich insbesondere bei einem Nutzfahrzeug die Gesamtmasse eines Kraftfahrzeugs auch während der Fahrt durch Beladungs- und Entladungsvorgänge ändern und somit von dem zuvor ermittelten Massemittelwert (m_m1 oder m_m2) abweichen kann, ist zweckmäßig vorgesehen, dass eine Änderung der Fahrzeugmasse m gegenüber dem aktuellen Massemittelwert (m_m1 oder m_m2) ermittelt wird, und dass bei Überschreitung eines vorab festgelegten Änderungsgrenzwertes &Dgr;m_max die Ermittlung eines neuen Massemittelwertes (m_m1, m_m2) gestartet wird.

Hierzu wird bevorzugt permanent, also parallel und unabhängig zu der Ermittlung der Massemittelwerte m_m1, m_m2, ein gleitender Mittelwert m_mgl aus Massewerten m_i berechnet, welche die Bedingungen für gute Massewerte m_vor_gut bzw. m_nach_gut erfüllen, und die Ermittlung neuer Massemittelwerte m_m1 bzw. m_m2 gestartet, wenn die Differenz zwischen dem gleitenden Mittelwert m_mgl und dem zuletzt ermittelten Massemittelwert (m_m1 oder m_m2) einen vorab festgelegten Grenzwert &Dgr;m_m_max überschreitet (|m_mgl – m_m1| > &Dgr;m_m_max beziehungsweise |m_mgl – m_m2| > &Dgr;m_m_max).

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt.

In dieser zeigt:

1 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,

2 einen gemessenen Zeitverlauf der Fahrzeugbeschleunigung a über mehrere Zugschaltungen und

3 die vereinfachten Zeitverläufe der Zugkraft F_zug und der Beschleunigung a bei einer einzigen Zug-Hochschaltung.

In dem Ablaufschema von 1 ist in vereinfachter Form der zeitliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Mit der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs wird das Verfahren zur Ermittlung der Masse des Kraftfahrzeugs gestartet, und nach der Initialisierung in Schritt S1 wird in Schritt S2 während des Anfahrens ein erster, relativ ungenauer Massewert ermittelt. Im nachfolgenden Schritt S3 erfolgt jeweils die Ermittlung von zwei Massewerten über eine Schaltung. In Schritt S4 geschieht die Aufsummierung zu gegebenenfalls schon vorhandenen Massewerten und die Berechnung eines ersten Massemittelwertes m_m1 daraus. Im nachfolgenden Schritt S5 werden diejenigen Massewerte m_i, welche die Bedingungen für gute Massewerte nicht erfüllen und damit als schlecht klassifiziert werden, zu einer Schlechtsumme &Sgr; m_schlecht_i aufsummiert.

Anschließend wird in Schritt S6 geprüft, ob die erforderliche Mindestanzahl n von Massewerten m_i für die Bildung des ersten Massemittelwertes m_m1 schon erreicht ist. Falls nicht, werden die Schritte S3 bis S6 wiederholt solange durchlaufen, bis die Mindestanzahl n von Massewerten m_i erreicht ist.

Danach wird der erste Massemittelwert m_m1 in Schritt S7 als Initialisierungswert für zukünftige Fahrzyklen abgespeichert. Im nachfolgenden Schritt S8 werden zusätzlich ermittelte und als gut klassifizierte Massewerte m_gut_i aufsummiert.

Anschließend wird in Schritt S9 geprüft, ob die Anzahl n_gut der als gut klassifizierten zusätzlichen Massewerte m_gut_i die Anzahl n_schlecht der als schlecht klassifizierten ersten Massewerte m_schlecht_i erreicht hat. Falls nicht, werden die Schritte S8 und S9 wiederholt solange durchlaufen, bis die Anzahl n_gut der guten Massewerte m_gut_i die Anzahl n_schlecht der schlechten Massewerte m_schlecht_i erreicht hat.

Danach erfolgt in Schritt S10 die Korrektur des ersten Massemittelwertes m_m1 durch den Austausch der darin enthaltenen Summe der schlechten Massewerte &Sgr; m_schlecht_i durch die soeben ermittelte Summe der guten Massewerte &Sgr; m_gut_i, wodurch der wesentlich genauere zweite Massemittelwert m_m2 gebildet wird.

Anhand hier nicht ausführlich genannter Kriterien, wie z.B. der Abweichung eines gleitenden Durchschnittswertes m_mgl der weiterhin laufend ermittelten Massewerte m_gut_i von dem zuletzt ermittelten Massemittelwert m_m2, wird danach in Schritt S11 geprüft, ob die Ermittlung der Masse m durch die Berechnung der Massemittelwerte m_m1, m_m2 neu gestartet werden muss. In diesem Fall wird vor den Schritt S3 zurück verzweigt.

Falls nicht, wird in dem nachfolgenden Schritt S12 geprüft, ob das Fahrzeug hinreichend lange steht oder der Antriebsmotor abgestellt wurde, was durch einen Rücksprung vor den Schritt S1 zu einem kompletten Neustart des Verfahrens führt. Im negativen Fall wird dagegen vor den Schritt S11 zurück verzweigt, so dass dann die Schritte S11 und S12 kontinuierlich solange durchlaufen werden, bis eine der beiden Bedingungen erfüllt ist und dann entsprechend rückverzweigt wird.

Da die Ermittlung besonders der guten Massewerte m_gut_i auf der exakten Erfassung der Beschleunigung a_roll des Kraftfahrzeugs in der zugkraftfreien Phase der Schaltung beruht, ist die Ermittlung dieses Beschleunigungswertes a_roll beispielhaft in dem Diagramm von 2 veranschaulicht. Darin ist der Zeitverlauf der Beschleunigung a eines Kraftfahrzeugs über mehrere mit einer Unterbrechung der Zugkraft verbundene Schaltungen dargestellt. Dabei gibt die durchgezogene Linie die gefilterten Werte a_fzg_filt kontinuierlich, also in einem festgelegten Zeitintervall von etwa 10–20 ms, ermittelter Beschleunigungswerte a_i wieder. Bei den Schaltungen handelt es sich jeweils um eine Zugschaltung. Demzufolge führt jede der Schaltungen zu einem Einbruch der Beschleunigung a, die während der Schaltungen jeweils negative Werte annimmt. Das Kraftfahrzeug wird also jeweils während der Schaltung durch den wirksamen Fahrwiderstand F_fw abgebremst, da der Triebstrang zeitweise geöffnet ist und dann kein Antriebsmoment in Form einer Zugkraft auf die Antriebsräder übertragen wird (F_zug = 0).

Zur Ermittlung der Beschleunigung a in der zugkraftfreien Phase der Schaltung wird nun bei jeder der Schaltungen jeweils in einer Zeitspanne &Dgr;t, welche die zugkraftfreie Phase beinhaltet, ein Extremwert der in diesem Zeitraum erfassten Beschleunigungswerte a_i ermittelt. Da es sich vorliegend um Zugschaltungen handelt, wird jeweils das Beschleunigungsminimum a_min bestimmt. Der Verlauf dieses Extremwertes a_roll_peak ist in 2 jeweils durch die unterbrochene Linie dargestellt.

Hierdurch wird deutlich, dass durch das Verfahren trotz starker Störungen zu Beginn und zum Ende der jeweiligen Schaltung das jeweilige Beschleunigungsminimum a_min sicher ermittelt wird. Diesem Beschleunigungsminimum a_min ist jeweils der momentane Fahrwiderstand F_fw eindeutig zuzuordnen, so dass hiermit eine relativ genaue Berechnung der beiden Massewerte m_vor bzw. m_nach über die jeweilige Schaltung möglich ist.

Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens ist in 3 eine Zug-Hochschaltung mit vereinfachten Zeitverläufen der Beschleunigung a und der auf die Antriebsräder bezogenen Zugkraft F_zug des Antriebsmotors mit größerer zeitlicher Auflösung dargestellt. Die Schaltung beginnt zum Zeitpunkt t1 und endet zum Zeitpunkt t4. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 wird die Motorkupplung geöffnet und das Drehmoment des Antriebsmotors abgebaut, gegebenenfalls auch schon der eingelegte Lastgang ausgelegt.

Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t3 wird der einzulegende Zielgang synchronisiert und nachfolgend eingelegt. Das Schließen der Motorkupplung und der Aufbau des Drehmomentes des Antriebsmotors erfolgt zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4.

Die zugkraftfreie Phase der Schaltung erstreckt sich somit in etwa zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3, wobei aber zu Beginn und zum Ende dieses Zeitraums bekanntlich noch starke Störungseinflüsse wirksam sein können. In der Mitte der zugkraftfreien Phase ist die Beschleunigung a jedoch weitgehend störungsfrei und entspricht dem gesuchten Minimalwert a_min bzw. a_roll.

Zur Ermittlung des ersten Massewertes m_vor = F-zug_vor/(a_zug vor – a_roll) werden die Zugkraft F_zug_vor und die Beschleunigung a_zug vor unmittelbar vor Beginn der Schaltung, also vor dem Zeitpunkt t1 ermittelt. Ebenso werden zur Ermittlung des zweiten Massewertes m_nach = F_zug_nach/(a_zug nach – a_roll) die Zugkraft F_zug nach und die Beschleunigung a_zug nach unmittelbar nach dem Ende der Schaltung, also nach dem Zeitpunkt t4 bestimmt. Die Ermittlung der Beschleunigung a_roll ist dagegen für beide Massewerte m_vor bzw. m_nach identisch und erfolgt wie zuvor beschrieben durch die Bestimmung des Beschleunigungsminimums a_min in der zugkraftfreien Phase der Schaltung.

Zur sicheren Ermittlung dieses Beschleunigungsminimums a_min wird die Zeitspanne &Dgr;t, in der aus den aktuellen Beschleunigungswerten a_i bzw. a_fzg_filt das Beschleunigungsminimum a_min bestimmt wird, so gewählt, dass die zugkraftfreie Phase sicher enthalten ist. Die Zeitspanne &Dgr;t kann sich beispielsweise, wie in dem oberen Teil von 3 eingezeichnet, von dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t4 oder, wie in dem unteren Teil von 3 eingezeichnet, von dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 erstrecken.

a
Beschleunigung, Längsbeschleunigung
a_fzg_filt
gefilterter Beschleunigungswert
a_i
diskreter Beschleunigungswert
a_max
Maximalwert von a_i, Beschleunigungsmaximum
a_min
Minimalwert von a_i, Beschleunigungsminimum
a_roll
Beschleunigung in Rollphase
a_roll_peak
Extremwert der Beschleunigung
a_zug_nach
Beschleunigung nach Schaltung
a_zug_vor
Beschleunigung vor Schaltung
F_fw
Fahrwiderstand
F_luft
Luftwiderstand
F_roll
Rollwiderstand
F_steig
Steigungswiderstand
F_träg
Massenträgheitskraft
F_zug
Zugkraft
F_zug_vor
Zugkraft vor Schaltung
F_zug_nach
Zugkraft nach Schaltung
F_zug_Zmin1
Grenzwert der Zugkraft vor einer Zugschaltung
F_zug_Zmin2
Grenzwert der Zugkraft bei einer Zugschaltung
G_L
Gangstufe Lastgang
G_min
kleinster Gang
G_max
größter Gang
m
Masse, Gesamtmasse
m_gut_i
als gut klassifizierter Massewert
m_i
Massewert
m_m1
erster Massemittelwert
m_m2
zweiter Massemittelwert
m_mgl
gleitender Durchschnitt von Massewerten
m_nach
zweiter Massewert
m_Def
Defaultwert der Masse
m_Sch
Schätzwert der Masse
m_schlecht_i
als schlecht klassifizierter Massewert
m_vor
erster Massewert
m_gut_vor
guter Massewert zu Beginn der Schaltung
m_gut_nach
guter Massewert zum Ende der Schaltung
&Dgr;m_m_max
Grenzwert des Massemittelwertes
M_zug_vor
Drehmoment des Antriebsmotors vor Schaltung
M_zug_nach
Drehmoment des Antriebsmotors nach Schaltung
&Dgr;M_max
Grenzwert der Drehmomentdifferenz
n
Mindestanzahl der Massewerte
n_gut
Anzahl der als gut klassifizierten Massewerte
n_schlecht
Anzahl der als schlecht klassifizierten Massewerte
S1–S12
Verfahrensschritte
t
Zeit
t1
Zeitpunkt
t2
Zeitpunkt
t3
Zeitpunkt
t4
Zeitpunkt
&Dgr;t
Zeitspanne
t_M
Betriebstemperatur des Antriebsmotors
t_M_min
Grenzwert der Betriebstemperatur Antriebsmotor
a_vor
Steigung der Fahrbahn vor der Schaltung
a_roll
Steigung der Fahrbahn während der Rollphase
a_nach
Steigung der Fahrbahn nach der Schaltung
&Dgr;&agr;_max1
Grenzwert der Steigungsdifferenz
&Dgr;&agr;_max2
Grenzwert der Steigungsdifferenz


Anspruch[de]
Verfahren zur Ermittlung der Masse eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei zur Bestimmung eines Massewertes Kraft- und Bewegungsgrößen teils vor oder nach der Schaltung und teils während der Schaltung ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Antriebsräder bezogene Zugkraft des Antriebsmotors vor und nach der Schaltung F_zug vor bzw. F_zug nach und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vor und nach der Schaltung a_zug vor bzw. a_zug nach sowie in der zugkraftfreien Phase (Rollphase) während der Schaltung die Beschleunigung in Rollphase a_roll ermittelt werden, und dass daraus nach der Formel m = F_zug/(a_zug – a_roll) ein erster Massewert m_vor = F_zug_vor/(a_zug_vor – a_roll) für den Beginn der Schaltung und ein zweiter Massewert m_nach = F_zug_nach/(a_zug nach – a_roll) für das Ende der Schaltung berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung a_roll in der Rollphase der Schaltung ermittelt wird, indem über eine Zeitspanne &Dgr;t, welche die zugkraftfreie Phase der Schaltung beinhaltet, mehrere diskrete Werte a_i der aktuellen Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs erfasst werden, und aus diesen Beschleunigungswerten a_i bei einer Zugschaltung das Beschleunigungsminimum a_min und bei einer Schubschaltung das Beschleunigungsmaximum a_max bestimmt wird, und dieser Extremwert der Beschleunigung (a_min oder a_max) als Beschleunigung a_roll verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungswerte a_i zur Erfassung eines optimalen Extremwertes der Beschleunigung (a_min oder a_max) jeweils in einem zeitlichen Abstand von maximal 10 ms ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungswerte a_i zur Eliminierung von Messfehlern und Störungen vor der Bestimmung des Extremwertes der Beschleunigung (a_min oder a_max) gefiltert werden. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start der Ermittlung von Massewerten diejenigen Massewerte, die vorab festgelegte Mindestbedingungen erfüllen, für die Bildung eines für Steuerungszwecke vorgesehenen ersten Massemittelwertes m_m1 aufsummiert werden, bis eine vorab festgelegte Mindestanzahl n von Massewerten m_i erreicht ist, und dass anschließend der erste Massemittelwert m_m1 durch arithmetische Mittelwertbildung berechnet wird mit m_m1 = 1/n·&Sgr;m_i, (i = 1, n) und dieser Massemittelwert m_m1 zunächst für Steuerungszwecke verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindestbedingung darin besteht, dass die Beschleunigungsdifferenz a_zug – a_roll größer als ein vorab festgelegter unterer Grenzwert der Beschleunigungsdifferenz &Dgr;a_min sein soll (a_zug – a_roll > &Dgr;a_min). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindestbedingung darin besteht, dass die Zugkraft F_zug bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter unterer Grenzwert F_Zmin der Zugkraft (F_zug > F_Zmin) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter oberer Grenzwert F_Smax der Schubkraft (F_zug < F_Smax) sein soll. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestanzahl n der Massewerte m_i in der Größenordnung von 10 bis 20 Werten liegt. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erreichen der Mindestanzahl n von Massewerten m_i ein Defaultwert der Masse m_Def oder ein Schätzwert der Masse m_Sch für Steuerungszwecke verwendet wird. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der Mindestanzahl n von Massewerten m_i und dem Berechnen des ersten Massemittelwertes m_m1 zusätzliche Massewerte m_i ermittelt werden, die vorab festgelegte Bedingungen für gute Massewerte m_gut_i erfüllen, und dass der erste Massemittelwert m_m1 mittels der zusätzlichen guten Massewerte m_gut_i korrigiert wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des ersten Massemittelwertes m_m1 derart erfolgt, dass schon während des Aufsummierens der Massewerte m_i zur Bildung des ersten Massemittelwertes m_m1 diejenigen Massewerte m_i, welche die Bedingungen für gute Massewerte nicht erfüllen, zu einer Schlechtsumme &Sgr;m_schlecht_i, (i = 1, n schlecht) aufsummiert werden, dass die zusätzlichen guten Massewerte m_gut_i solange ermittelt und zu einer Gutsumme &Sgr;m_gut_i, (i = 1, n_gut) aufsummiert werden, bis deren Anzahl n_gut gleich der Anzahl n_schlecht der zuvor aufsummierten schlechten Massewerte m_schlecht_i ist, und dass nachfolgend durch den Ersatz der Schlechtsumme &Sgr;m_schlecht_i durch die Gutsumme &Sgr;m_gut_i in der Gesamtsumme &Sgr;m_i des ersten Massemittelwertes m_m1 ein exakterer zweiter Massemittelwert m_m2 berechnet wird, der nachfolgend für Steuerungszwecke verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte zu Beginn der Schaltung m_vor_gut darin besteht, dass die Steigungsdifferenz zwischen der Auslösung der Schaltung &agr;_vor und der Rollphase &agr;_roll kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;&agr;_max1 sein soll (|&agr;_vor – &agr;_roll| < &Dgr;&agr;_max1). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte zu Beginn der Schaltung m_vor_gut darin besteht, dass die Zugkraft vor der Schaltung F_zug_vor bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Zmin1 (F_zug_vor > F_zug_Zmin1) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Smax1 (F_zug_vor < F_zug_Smax1) sein soll. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut darin besteht, dass die Steigungsdifferenz zwischen der Auslösung der Schaltung a_vor und der Berechnung des zweiten Massewertes a_nach kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;&agr;_max2 sein soll (|&agr;_vor – &agr;_nach| < &Dgr;&agr;_max2). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut darin besteht, dass die Zugkraft zum Zeitpunkt der Berechnung des zweiten Massewertes m_nach bei einer Zugschaltung größer als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Zmin2 (F_zug_nach > F_zug_Zmin2) und bei einer Schubschaltung kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert F_zug_Smax2 (F_zug_vor < F_zug_Smax2) sein soll. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte zum Ende der Schaltung m_nach_gut darin besteht, dass die Drehmomentdifferenz des Antriebsmotors vor und nach der Schaltung M_zug_vor, M_zug_nach kleiner als ein vorab festgelegter Grenzwert &Dgr;M_max sein soll (|M_zug_vor – M_zug_nach| < &Dgr;M_max). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte m_vor_gut, m_nach_gut darin besteht, dass die Betriebstemperatur des Antriebsmotors t_M größer als ein vorab festgelegter Grenzwert t_M_min sein soll (t_M > t_M_min). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedingung für gute Massewerte m_vor_gut, m_nach_gut darin besteht, dass die vor der Schaltung eingelegte Gangstufe (Lastgang G_L) größer als ein kleinster Gang G_min und kleiner als ein größter Gang G_max sein soll (G_L > G_min, G_L < G_max). Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Fahrzeugmasse m gegenüber dem aktuellen Massemittelwert (m_m1 oder m_m2) ermittelt wird, und dass bei Überschreitung eines vorab festgelegten Änderungsgrenzwertes m_max die Ermittlung eines neuen Massemittelwertes (m_m1, m_m2) gestartet wird. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass permanent ein gleitender Mittelwert m_mgl aus Massewerten m_i berechnet wird, welche die Bedingungen für gute Massewerte m_vor_gut, m_nach_gut erfüllen, und dass die Ermittlung neuer Massemittelwerte m_m1, m_m2 gestartet wird, wenn die Differenz zwischen dem gleitenden Mittelwert m_mgl und dem zuletzt ermittelten Massemittelwert (m_m1 oder m_m2) einen vorab festgelegten Grenzwert &Dgr;m_m_max überschreitet (|m_mgl – m_m1| > &Dgr;m_m_max beziehungsweise |m_mgl – m_m2| > &Dgr;m_m_max).






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