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DE19963402A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs

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DE19963402A1
DE19963402A1 DE1999163402 DE19963402A DE19963402A1 DE 19963402 A1 DE19963402 A1 DE 19963402A1 DE 1999163402 DE1999163402 DE 1999163402 DE 19963402 A DE19963402 A DE 19963402A DE 19963402 A1 DE19963402 A1 DE 19963402A1
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Germany
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vehicle
weight
mass
height adjustment
axle
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DE1999163402
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English (en)
Inventor
Klaus Ries-Mueller
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, das mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass DOLLAR A A: zunächst eine definierte Höhenverstellung des Fahrzeugs an mindestens einer Achse desselben durchgeführt wird (Schritte S¶1¶ bis S¶7¶), B: die dabei entstehende Änderung der potentiellen Energie erfasst (Schritt S¶8¶) und C: daraus die Fahrzeugmasse/das Fahrzeuggewicht mindestens partiell ermittelt bzw. berechnet wird (Schritt S¶9¶). Durch Vergleich der benötigten Energie bei den einzelnen Achsen kann die Gewichtsverteilung im Fahrzeug ermittelt werden. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Fahrzeugmasse bzw. der Beladungszustand desselben kann für verschiedene andere Fahrzeugfunktionen vorteilhaft verwendet werden, wie die Höhenregulierung des Abblendlichts, die Auslegung der Getriebesteuerung, den Bremseneingriff, die Änderung der Stoßdämpferdämpfung, die Beeinflussung der Ladedruckvorgabe bei Turbomotoren und/oder die Erkennung einer Fahrzeugüberladung (Figur).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, das mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet ist. Zunehmend kommen bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, aktive Fahrwerksysteme zum Einsatz. Bei diesen Systemen kann die Höhe des Fahrzeugaufbaus bzw. die Bodenfreiheit verändert werden. Z. B. wird bei Autobahnfahrten der Fahrzeugaufbau abgesenkt, wohingegen bei geringen Geschwindigkeiten oder in unebenem Gelände der Fahrzeugaufbau bzw. die Karosserie angehoben werden. Dabei erfolgt die Höhenverstellung mit pneumatischen oder hydraulischen Gliedern.
Ein derartiges aktives Fahrwerksystem ist in einem Fachartikel "Ein Hochleistungskonzept zur aktiven Fahrwerkregelung mit reduziertem Energiebedarf" von Wolfgang Schramm et al. in "Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ) Nr 94 (1992) 7/8 von Seite 392 bis Seite 404 beschrieben.
Ein weiteres bekanntes Konzept eines aktiven Fahrwerksystems wird in einem Fachartikel "Elektronisch geregelte Luftfederung für Nutzfahrzeuge" von O. Engfer in VDI-Berichte Nr. 687, 1988 auf den Seiten 161 bis 181 beschrieben.
Die europäische Patentschrift 0 111 636 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs, das durch eine Antriebsmaschine angetrieben wird. Eine erste Messeinrichtung ist zur Ermittlung einer dem Antriebsmoment der Antriebsmaschine entsprechenden Antriebsgröße und eine zweite Messeinrichtung zur Ermittlung einer der Beschleunigung des Fahrzeugs entsprechenden Beschleunigungsgröße vorgesehen. Ferner wertet eine Auswertevorrichtung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten ermittelte Werte der Beschleunigungsgröße sowie einen Wert oder zwei zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelte Werte der Antriebsgröße aus, um daraus eine dem Gewicht des Fahrzeugs entsprechende Größe zu ermitteln. Eine Steuereinrichtung ist zur Steuerung und/oder Abfrage der beiden Messeinrichtungen vorgesehen und so ausgebildet, dass der Wert bzw. die Werte der Antriebsgröße, der bzw. die von der Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Gewichtsgröße verwendet wird bzw. werden, zur gleichen Zeit wie die von der Auswerteeinrichtung verwerteten Maße der Beschleunigungsgröße ermittelt wird bzw. werden.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustands eines Fahrzeugs mit aktivem Fahrwerk anzugeben, wobei auch achsindividuelle und/oder reifenindividuelle bzw. radindividuelle Lastzustände ermittelt werden können.
Der Kern der Erfindung besteht darin, aus der für eine Höhenverstellung durch das aktive Fahrwerk benötigten Energie auf die Fahrzeugmasse zu schließen.
Demgemäß ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, welches ein aktives Fahrwerk aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
  • A: Zunächst eine definierte Höhenverstellung des Fahrzeugs an mindestens einer Achse und/oder eines Reifens bzw. Rades desselben durchgeführt wird,
  • B: Die dabei entstehende Änderung der potentiellen Energie erfasst, und
  • C: Daraus die Fahrzeugmasse/das Fahrzeuggewicht mindestens partiell ermittelt bzw. berechnet wird.
D. h., dass die Fahrzeugmasse ermittelbar ist, wenn die Energieänderung bei der Höhenverstellung und die Höhenänderung bekannt sind. Die Höhenänderung lässt sich z. B. durch eine standardmäßig vorhandene Wegemessung ermitteln.
Die Energieänderung lässt sich bei Verwendung einer elektrischen Pumpe für die Hydraulik bzw. Pneumatik des aktiven Fahrwerks aus der Integration der Leistung von einem ersten Zeitpunkt t1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ermitteln. Die Leistung ist bekannt durch die Messung der Spannung und des Stroms an der Pumpe bzw. durch die Pumpe.
Bei einem hydraulischen System ist die Energieänderung proportional dem Druckanstieg über der Pumpe, wobei die Messung mit einem Druckfühler erfolgen kann, und dem Volumenfluss der proportional der Pumpendrehzahl ist. Zu allermeist ist die Pumpendrehzahl ihrerseits proportional der bekannten bzw. sensorisch erfassten Motordrehzahl.
Zur Ermittlung des Beladungszustands des Fahrzeugs lässt sich auch so vorgehen, dass der Fahrzeugaufbau z. B. über die Stoßdämpfer zunächst nur bei der Vorderachse oder nur bei der Hinterachse angehoben wird. Anschließend wird der Fahrzeugaufbau an der anderen Achse angehoben. Durch Vergleich der benötigten Energie bei den einzelnen Achsen kann die Gewichtsverteilung im Fahrzeug ermittelt werden.
Kann die linke und rechte Fahrzeughälfte getrennt angesteuert werden, wie dies mit der sogenannten Neigetechnik zur Verbesserung des Kurvenverhaltens möglich ist, so kann auch die Gewichtsverteilung im Fahrzeug zwischen Links und Rechts bestimmt werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelte Fahrzeugmasse bzw. der Beladungszustand lässt sich vorteilhaft für verschiedene Fahrzeugfunktionen verwenden. Es seien hier beispielhaft angeführt:
  • - Die Höhenregulierung des Abblendlichts. Bisher werden hierfür Wegsensoren an den Stoßdämpfern eingesetzt;
  • - Die Auslegung (d. h. der Schaltpunkt) der Getriebesteuerung. Bei höherer Beladung wird z. B. früher zurückgeschaltet. Bislang erfolgte unter Umständen eine Anpassung der Schaltpunkte der Getriebesteuerung an die Fahrpedalbewegung;
  • - Die Regelung des Bremseneingriffs, bei Antiblockiersystemen, Bremsassistenten, elektronischen Bremssystemen;
  • - die Änderung der Stoßdämpferdämpfung abhängig von der Beladung;
  • - die Beeinflussung der Ladedruckvorgabe bei Turbomotoren; bei höherer Beladung könnte mittels eines höheren Ladedrucks für eine ausreichende Dynamik gesorgt werden, und
  • - die Erkennung einer Fahrzeugüberladung oder ungleichmäßigen Achslast, was insbesondere im Nutzfahrzeug sinnvoll und sicherheitsrelevant ist.
Auch ein elektrisches Lenksystem oder ein Steer-by-Wire- Lenksystem kann mit Hilfe der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Masse oder des Beladungszustands hinsichtlich des auf die gelenkten Räder aufzubringenden Lenkmoments adaptiert werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale werden aus der nachstehenden, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel erläuternden Beschreibung noch deutlicher, die sich auf die beiliegende Figur bezieht.
Die einzige Figur zeigt in Form eines Flussdiagramms eine Routine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Ermittlung der Fahrzeugmasse bzw. des -gewichts, die z. B. in einem Mikroprozessor implementiert ist.
Ausführungsbeispiel
Das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Prinzip besteht darin, aus der für eine Höhenverstellung eines mit einem aktiven Fahrwerk ausgestatteten Fahrzeugs benötigten Energie auf die Fahrzeugmasse oder die Gewichtsverteilung zu schließen. Der physikalische Hintergrund dazu ist der Zusammenhang zwischen der Änderung der potentiellen Energie dW während einer Höhenänderung dh von einem ersten Zeitpunkt t1 zu einem zweiten Zeitpunkt t2 nach folgender Beziehung:
dW = m × g × dh, worin
m die Masse des Fahrzeugs, g die Erdbeschleunigung,
dh = h2-h1 die Höhenänderung vom Zeitpunkt t1 bis t2 angeben.
Umgeformt lautet die obige Beziehung:
m = dW/(g × (h2-h1)).
D. h., dass die Fahrzeugmasse ermittelbar ist, wenn die Energieänderung dW und die Höhenänderung dH ermittelt werden.
Die Höhenänderung lässt sich z. B. durch eine standardmäßige vorhandene Wegemessung ermitteln. Die Energieänderung dW lässt sich bei Verwendung einer elektrischen Pumpe für die Höhenverstellung aus der Integration der Pumpenleistung vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 ermitteln. Die Leistung selbst lässt sich durch Messung der als konstant angenommenen Batteriespannung Ubatt und dem Strom I durch die elektrische Pumpe angeben.
Bei einem hydraulischen System ist dW proportional dem Druckanstieg über der Pumpe, was mit einem Drucksensor gemessen werden kann, und dem Volumendurchfluss, der proportional der Pumpendrehzahl ist, die ihrerseits meist proportional der z. B. in der Motorsteuereinheit vorhandenen Motordrehzahl ist.
Das in der Figur dargestellte Flussdiagramm zeigt eine Programmroutine, die als ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Nach Beginn der Routine wird in einem Schritt S1 zunächst ermittelt, ob für die Durchführung der Routine günstige Betriebsbedingungen vorliegen. Günstige Betriebsbedingungen für die Ermittlung des Gewichts/der Masse des Fahrzeugs gemäß der Erfindung sind z. B. konstante Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Geradeausfahrt und/oder glatte Fahrbahn und/oder Fahrt in der Ebene, usw. Wenn keine günstigen Betriebsbedingungen vorliegen, wird die Routine abgebrochen. Wenn günstige Betriebsbedingungen vorhanden sind, wird zunächst abgefragt, ob der Fahrzeugaufbau an allen Achsen angehoben werden soll (Schritt S2). Wenn dies nicht der Fall ist, werden nacheinander die Achsen ermittelt, an denen der Fahrzeugaufbau angehoben werden soll (Schritte S3, S4) und ein entsprechendes Flag gesetzt.
Ein darauffolgender Schritt S5 stellt die Parameter ein, d. h. die Vorgaben für die Pumpe (oder Pumpen), wie die Höhen h1, h2 und der Zeitpunkt t1. Danach wird in einem Schritt S6 die Pumpe betrieben und die Höhe h1 zum Zeitpunkt t1 gemessen. Darauf wird in einem Schritt S7 die Pumpe weiter betrieben bis zum Erreichen der messtechnisch erfassten Höhe h2, wobei der damit korrespondierende Zeitpunkt t2 ermittelt wird. Anschließend wird in einem Schritt S8 die zur Einstellung der Höhendifferenz h2-h1 von t1 bis t2 benötigte Energieänderung dW der Pumpe ermittelt. Bei einer elektrisch betriebenen Pumpe kann dies durch Integration des Stroms bei konstanter Batteriespannung Ubatt von t1 bis t2 durchgeführt werden. Schließlich wird in einem Schritt S9 aus der Energie dW und aus der Höhendifferenz dh nach der obigen Beziehung die Fahrzeugmasse m bzw. die Masse des Fahrzeugteils an der jeweiligen Achse ermittelt.
Ein aktives Fahrwerksystem bietet sich dafür an, den Fahrzeugaufbau z. B. zunächst nur an der Vorderachse oder nur an der Hinterachse (erste Achse oder zweite Achse) anzuheben. Dann kann sich dem Schritt S9 ein in der Figur nicht eingezeichneter Schritt anschließen, der durch den Vergleich der bei den einzelnen Achsen benötigten Energie die Gewichtsverteilung im Fahrzeug ermittelt.
Ist ein radindividuelles Anheben des Fahrzeugs möglich, so kann das Fahrzeug entsprechend zunächst links vorne und dann rechts vorne angehoben werden. (Entsprechend links hinten und rechts hinten). Durch Vergleichen der benötigten Energie an den Einzelrädern kann auf die Gewichtsverteilung geschlossen werden. Dies ist insbesondere zur Erkennung einer unsymmetrischen Beladung von Interesse.
Wie bereits erwähnt, lässt sich die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelte Fahrzeugbeladung für verschiedene Fahrzeugfunktionen verwenden. Hierzu gehören die Höhenregulierung des Abblendlichts, die Auslegung (Schaltpunkte) der Getriebesteuerung, der Bremseneingriff, die Änderung der Stoßdämpfung abhängig von der Beladung, die Beeinflussung der Ladedruckvorgabe bei Turbomotoren, die Erkennung einer Fahrzeugüberladung, besonders eines Nutzfahrzeugs.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, das mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet ist, weist bevorzugt erste Mittel, die eine definierte Höhenverstellung des Fahrzeugs an mindestens einer Achse durchführen, zweite Mittel, die die dabei entstehende Änderung der potentiellen Energie erfassen und dritte Mittel auf, die daraus die Fahrzeugmasse/das Fahrzeuggewicht ermitteln bzw. angeben.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem programmierbaren Steuergerät, insbesondere Mikroprozessor, implementiert. Dieses Steuergerät, kann z. B. das zur aktiven Fahrwerkregulierung bereits im Fahrzeug vorhandene Steuergerät sein. Ein solches Steuergerät ist mit Sensoren und/oder anderen Fahrzeugrechnern verbunden, die Signale über die Niveauänderung, die dabei verstrichene Zeitspanne und Signale liefern können, die die zur Durchführung des Verfahrens günstigen Betriebsbedingungen angeben.

Claims (19)

1. Verfahren zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, das mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
  • A: Zunächst eine definierte Höhenverstellung des Fahrzeugs an mindestens einer Achse oder an mindestens einem Rad oder Stoßdämpfer desselben durchgeführt wird,
  • B: Die dabei entstehende Änderung der potentiellen Energie erfasst, und
  • C: Daraus die Fahrzeugmasse/das Fahrzeuggewicht mindestens partiell ermittelt bzw. berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung des Schritts A geprüft wird, ob dafür günstige Betriebsbedingungen vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die günstigen Betriebsbedingungen sind:
  • - Konstante Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugstillstand und/oder
  • - Geradeausfahrt und/oder
  • - glatte Fahrbahn und/oder
  • - Fahrt in der Ebene.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellung in Schritt A von einem bestimmten niedrigeren ersten Niveau (h1) zu einem bestimmten höheren zweiten Niveau (h2) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangs- und, Endzeit (t1, t2) für die Höhenverstellung vom ersten zum zweiten Niveau (h1→h2) gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Niveau (h1, h2) sensorisch erfasst werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der potentiellen Energie in Schritt B durch Integration des Stroms einer die Höhenverstellung des aktiven Fahrwerks an der mindestens einen Achse bewirkenden elektrischen Pumpe von der Anfangs­ zur Endzeit (t1-t2) erfasst wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A zunächst nur eine Höhenverstellung eines Rades bzw. Stoßdämpfers und anschließend eine Höhenverstellung bei den anderen Rädern/Stoßdämpfern der gleichen und/oder anderen Achse durchgeführt wird, in Schritt B zusätzlich ein Vergleich der bei der Höhenverstellung jedes einzelnen Rades/Stoßdämpfers benötigten Energie durchgeführt wird, und in Schritt C aus dem in Schritt B durchgeführten Vergleich eine Gewichtsverteilung im Fahrzeug ermittelt wird.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Höhenregulierung des Abblendlichts abhängig von dem ermittelten Gewicht oder der ermittelten Gewichtsverteilung.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Auslegung (Schaltpunkte) der Getriebesteuerung abhängig von dem durch das Verfahren ermittelten Beladungszustand des Fahrzeugs.
11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Regelung des Bremseneingriffs abhängig von dem durch das Verfahren ermittelten Beladungszustand des Fahrzeugs.
12. . Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für eine Regelung der Stoßdämpferdämpfung abhängig von dem durch das Verfahren ermittelten Beladungszustand des Fahrzeugs.
13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Einstellung des Lenkmoments bei einer elektrisch oder elektrisch unterstützenden Lenkung.
14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Beeinflussung der Ladedruckvorgabe bei Turbomotoren abhängig von dem durch das Verfahren ermittelten Beladungszustand des Fahrzeugs.
15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Erkennung der Fahrzeugüberladung, und/oder einer unsymmetrischen Fahrzeugbeladung, insbesondere bei Nutzfahrzeugen.
16. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts/der Masse eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, das mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet ist, gekennzeichnet durch
  • - erste Mittel, die eine definierte Höhenverstellung des Fahrzeugs an mindestens einer Achse durchführen;
  • - zweite Mittel, die die dabei entstehende Änderung der potentiellen Energie erfassen, und
  • - dritte Mittel, die daraus die Fahrzeugmasse/das Fahrzeuggewicht ermitteln bzw. berechnen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem programmierbaren Steuergerät, insbesondere Mikroprozessor implementiert ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Sensoren und/oder anderen Fahrzeugrechnern verbunden ist, die Signale über die Niveauänderung (h1-h2), die dabei verstrichene Zeitspanne (t1-t2) und Signale bezüglich der zur Durchführung des Verfahrens günstigen Betriebsbedingungen liefern.
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