DE102006029366A1

DE102006029366A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Fahrwiderstandes

Info

Publication number: DE102006029366A1
Application number: DE102006029366A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Hermann Mergenthaler; Gero Nenninger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: DE102006029366B4; ITMI20071204A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Fahrwiderstandes, insbesondere als Teil eines Fahrdynamikregelungssystems, wobei ein Modellfehler (axoff) durch einen Vergleich eines errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignals (axIst) mit einem Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal (axSoll) aus einem Referenzmodell bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Modellfehler (axoff) um eine auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente (axNeig) bereinigt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Fahrwiderstandes bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß Anspruch 11.
Bei den bisher üblichen Verfahren zur Fahrwiderstandserkennung wird eine aus den Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten errechnete Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigung mit einer aus einer Kräftebilanz modellierten Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung verglichen, wobei die hierzu benötigten Kräfte üblicherweise aus eingelesenen Größen der Motor- und Getriebeansteuerung (Antriebskräfte) und aus den gemessenen bzw. geschätzten Bremsdrücken (Bremskräften) gewonnen werden. Einfache Reibungskräfte, wie beispielsweise der Luftwiderstand, werden ebenfalls modelliert. Das Ergebnis dieses Fahrzeuglängsbeschleunigungsvergleichs wird als Modellfehler bezeichnet. Dieser Modellfehler entspricht der überlagerten Wirkung aller Ungenauigkeiten bzw. Unbekannten innerhalb der Modellbeschleunigungsbestimmung, also einer unbekannten Fahrbahnneigung (Steigung oder Gefälle), einem unbekannten Widerstand einer deformierbaren Fahrbahn (Tiefsand, Schotterbett, usw.), einer anderen Fahrzeugmasse als im Modell angenommen sowie weiteren Modellungenauigkeiten, wie z.B. ungenau angenommene Reibungen, ungenaue geometrische Fahrzeugdaten, ungenaue Motorantriebsmomente oder Getriebewerte, usw. Dabei ist der Modellfehler ein Maß für den Fahrwiderstand.
Ein erhöhter Fahrwiderstand wird erkannt, wenn der aus dem Vergleich resultierende Modellfehler einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet. Analog wird ein erniedrigter Fahrwiderstand erkannt, wenn ein zweiter vorgegebener Wert unterschritten wird. Dieses bekannte Verfahren wird beispielsweise im Off-Road-ABS (Anti-Blockier-System) des ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) eingesetzt, indem hierüber sehr steile Fahrbahngefälle erkannt werden. Auch ein Verdacht des Befahrens einer stark deformierbaren Fahrbahn, wie beispielsweise Tiefsand, wird hierüber erkannt. Nicht möglich ist aber mit dem bekannten Verfahren die Erkennung einer Bergfahrt im Tiefsand, beispielsweise beim Befahren von Sanddünen, weil die Einflüsse in der Fahrwiderstandserkennung entgegengesetzt wirken. Eine Bergfahrt ergibt einen Modellfehler mit dem Vorzeichen einer Beschleunigung, eine Tiefsandfahrt dagegen einen Fehler mit dem Vorzeichen einer Verzögerung. Die Fehler verringern sich also gegenseitig und können sich sogar gänzlich aufheben.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Ermittlung eines Fahrwiderstandes dahingehend zu verbessern, dass zuverlässig auch Bergfahrten auf deformierbaren Fahrbahnen erkannt werden können.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, aus dem Modellfehler, der aus einem Vergleich eines errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignals mit einem aus einem Referenzmodell ermittelten Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal resultiert und ein Maß für den Fahrwiderstand darstellt, den Fahrbahnneigungseinfluss herauszukompensieren. Es bleibt somit ein um den Neigungsanteil kompensierter Modellfehler übrig, der in Weiterbildung der Erfindung, insbesondere durch Tiefpassfilterung aufbereitet werden kann. Der bereinigte Modellfehler bzw. der aufbereitete, bereinigte Modellfehler wird permanent bestimmt und ist ein Maß für einen Fahrwiderstand, der unabhängig von der Neigung der befahrenen Straße ist, wobei die quantitativ verbleibenden dominierenden Einflüsse des Modellfehlers eine deformierbare Fahrbahn mit hohem Rollwiderstand oder eine erhöhte Fahrzeugmasse, insbesondere ein schwerer Anhänger, sind. Somit kann der bereinigte bzw. der bereinigte und aufbereitete Modellfehler zur Erkennung von Fahrten im Tiefsand oder auch zur Erkennung eines schweren Anhängers genutzt werden. Zur Entscheidung, ob etwa bei einer ABS-Bremsung bei gleichzeitig erkanntem hohen Fahrwiderstand eine Erhöhung der Sollschlupfschwellen zu erfolgen hat oder nicht, können zusätzliche Entscheidungskriterien herangezogen werden. Genauso kann eine Entscheidung, ob ein erkannter hoher Fahrwiderstand von einem schweren Anhänger herrührt über zusätzliche Kriterien, wie beispielsweise einer Mindestfahrzeuggeschwindigkeit, abgesichert werden.
Das Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal kann von mindestens einer Fahrzeugraddrehzahl abgeleitet werden. Insbesondere erfolgt die Bestimmung durch die zeitliche Ableitung der Fahrzeugradgeschwindigkeit. Bei der Soll-Fahrzeugradbeschleunigung handelt es sich um die aus einem Referenzmodell ermittelte, insbesondere aufgrund einer Fahrervorgabe (z.B. Gaspedalweg) zu erwartende Längsbeschleunigung des Fahrzeugs.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bereinigung des aus einem Vergleich des errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignals mit dem Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal resultierenden Modellfehler ein mittels mindestens eines Längsbeschleunigungssensors gemessenes Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal herangezogen wird. Dieses gemessene Ist-Beschleunigungssignal setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus einer von der Fahrzeugbewegung herrührenden Beschleunigungskomponente und einer aus einer von der befahrenen Straße herrührenden Neigungskomponente. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass wenn aus dem Sensorsignal des Beschleunigungssensors die Fahrzeuglängsbeschleunigung herausgerechnet wird, bleibt die auf die Fahrbahnneigung zurückzurechnende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente übrig. Diese auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente kann dann anschließend aus dem Modellfehler herausgerechnet werden, wodurch ein um die auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente kompensierter bzw. bereinigter Modellfehler übrig bleibt. Dieser bereinigte Modellfehler oder der aufbereitete bereinigte Modellfehler ist proportional zu einem um die Fahrbahnneigung bereinigten Fahrwiderstand.
Ein erhöhter Fahrwiderstand, d.h. eine Fahrt auf deformierbarem Untergrund und/oder eine Anhängerfahrt, oder ein erniedrigter Fahrwiderstand wird festgestellt, wenn der bereinigte Modellfehler bzw. der aufbereitete, bereinigte Modellfehler einen vorgegebenen Schwellenwert über- bzw. unterschreitet. Bevorzugt wird nicht unmittelbar nach einmaligem Über- bzw. Unterschreiten des Schwellenwertes ein erhöhter oder erniedrigter Fahrwiderstand festgestellt, sondern lediglich ein Zähler erhöht oder erniedrigt. Wird ein vorgegebener Zählerstand erreicht, wird auf einen erhöhten oder erniedrigten Fahrwiderstand geschlossen, mit der Folge, dass das Verhalten des Fahrdynamikregelungssystems modifiziert wird. Insbesondere erfolgt bei erhöhtem Fahrwiderstand, wenn über Zusatzkriterien auf Anhängerbetrieb erkannt wird, eine Aktivierung von Fahrstabilisierungseingriffen, vorzugsweise von Fahrstabilisierungseingriffen zum Zwecke der Verringerung der speziell bei Anhängerbetrieb auftretenden Instabilitäten; wenn über Zusatzkriterien auf eine deformierbare Fahrbahn erkannt wird, eine Anpassung der ABS-Regelstrategie, vorzugsweise eine Anpassung der ABS-Schlupfwellen zum Zwecke der Verbesserung der Bremsleistung durch Keilbildung infolge von Rädern mit hohem Bremsschlupf.
Bevorzugt wird erst auf einen Anhängerbetrieb geschlossen, wenn zusätzliche Kriterien, wie beispielsweise das Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit erfüllt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Die einzige 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Fahrdynamikregelungsverfahrens.
Ausführungsform der Erfindung
In einem ersten Verfahrensschritt werden die für die Ermittlung des Fahrwiderstandes benötigten Daten eingelesen. In diesem Ausführungsbeispiel sind dies das von einem Beschleunigungssensor gemessene Fahrzeugbeschleunigungssignal a_xSensor, die Raddrehzahlen n_Rad, der zurückgelegte Gaspedalweg sowie ggf. weitere Eingangswerte bzw. Fahrervorgaben für ein Referenzmodell.
In einem darauf folgenden zweiten Verfahrensschritt wird die Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xSoll als Funktion der Eingangsgrößen des Referenzmodells, insbesondere der Fahrervorgaben, ermittelt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xSoll u.a. als Funktion des Gaspedalwegs und weiterer nicht spezifizierter Größen ermittelt. Bei der Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xSoll handelt es sich um die zu erwartende Fahrzeuglängsbeschleunigung.
In einem darauf folgenden dritten Verfahrensschritt wird die Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigung als Funktion der Raddrehzahlen n_Rad berechnet.
In einem nächsten, vierten Verfahrensschritt werden die Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xSoll und die Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xIst miteinander verglichen. Hieraus resultiert ein Modellfehler a_xoff, der der Überlagerung aller Ungenauigkeiten bzw. Unbekannten entspricht. In dem Modellfehler a_xoff sind die Einflüsse der Fahrbahnneigung, der Beschaffenheit der Fahrbahn, die Fahrzeugmasse sowie weitere Modellungenauigkeiten enthalten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Modellfehler a_xoff durch Subtraktion der errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xIst von der im Referenzmodell bestimmten Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xSoll inklusive Filterung dieser Differenz ermittelt, wobei die Filterung hierbei der Elimination kurzzeitiger Abweichungen infolge der unterschiedlichen Phasengänge der zu vergleichenden Werte dient.
In einem wesentlichen, fünften Verfahrensschritt wird ein bereinigter Modellfehler a_xFw,roh bestimmt. Hierzu wird der Modellfehler a_xoff von den Einflüssen der Fahrbahnneigung bereinigt. Im konkreten Ausführungsbeispiel wird hierzu von dem Modellfehler a_xoff die Differenz aus dem mittels eines Beschleunigungssensors gemessenen Beschleunigungssignals a_xSensor und der errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigung a_xIst subtrahiert. Die Differenz aus dem gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal a_xSensor und dem errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal a_xIst entspricht der auf die Fahrbahnneigung zurückzuführenden Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente a_xNeig.
Bei dem bereinigten Modellfehler a_xFw,roh handelt es sich um einen Rohwert, der Schwankungen unterliegt, die von dynamischen Effekten herrühren. So wird beispielsweise bei einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit das von dem Beschleunigungssensor gemessene Fahrzeugbeschleunigungssignal a_xSensor einen anderen Phasengang aufweisen, als die Differentiation der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit. Solch kurzfristige Schwankungen sollten aus dem Rohwert a_xFw,roh eliminiert werden. Hierzu wird der bereinigte Modellfehler a_xFw,roh entsprechend aufbereitet, in diesem Ausführungsbeispiel in einem sechsten Verfahrensschritt tiefpassgefiltert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Abfrage, ob ein erhöhter oder erniedrigter Fahrwiderstand vorliegt, wesentlich vereinfacht dargestellt. In einem siebten Verfahrensschritt wird abgefragt, ob der aufbereitete, bereinigte Modellfehler a_xFw größer ist als ein Schwellenwert S. Ist dies nicht der Fall geht es mit dem ersten Verfahrensschritt weiter. Wird der Schwellenwert S überschritten, wird ein erhöhter Fahrwiderstand erkannt und es erfolgt eine Anpassung des Fahrdynamikregelungssystems, wonach mit dem ersten Verfahrensschritt fortgefahren wird.
Wie erwähnt, ist die Abfrage, ob ein erhöhter oder erniedrigter Fahrwiderstand vorliegt, vereinfacht dargestellt. Üblicherweise wird bei Überschreiten des Schwellenwertes S ein Zähler erhöht und/oder bei Unterschreiten des Schwellenwertes erniedrigt. Bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes wird dann auf einen erhöhten bzw. erniedrigten Fahrwiderstand geschlossen. Durch entsprechende Auswahl der Schwellenwerte können Hystereseeffekte erzielt werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Fahrwiderstandes, insbesondere als Teil eines Fahrdynamikregelungssystems, wobei ein Modellfehler(a_xOff) durch einen Vergleich eines errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignals(a_xIst) mit einem Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignal (a_xSoll) aus einem Referenzmodell bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Modellfehler (a_xOff) um eine auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente (a_xNeig) bereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente (a_xNeig) durch Subtraktion des errechneten Ist-Fahrzeuglängsbeschleunigungssignals (a_xIst) von einem mittels mindestens eines Beschleunigungssensors gemessenen Ist-Fahrzeugbeschleunigungssignal (a_xSensor) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der um die auf die Fahrbahnneigung zurückzuführende Fahrzeuglängsbeschleunigungskomponente (a_xNeig) bereinigte Modellfehler (a_xFw,roh) aufbereitet, vorzugsweise gefiltert, insbesondere tiefpaßgefiltert, wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmodells zur Bestimmung der Soll-Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_xSoll) mindestens eine Eingangsgröße, insbesondere dem Gaspedalweg, und/oder der Gaspedalbeschleunigung, und/oder der Motordrehzahl, und/oder der aktuellen Getriebeübersetzung, und/oder dem Bremsvordruck, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erhöhter Fahrwiderstand festgestellt wird, wenn der bereinigte Modellfehler (a_xFw,roh) und/oder der aufbereitete, bereinigter Modellfehler (a_xFw) einen Schwellenwert mindestens einmal, vorzugsweise mehrfach, über- oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erniedrigter Fahrwiderstand festgestellt wird, wenn der bereinigte Modellfehler (a_xFw,roh) und/oder der aufbereitete, bereinigter Modellfehler (a_xFw) einen Schwellenwert mindestens einmal, vorzugsweise mehrfach, unter- oder überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einmaligem, vorzugsweise mehrfachem, Überschreiten eines ersten Schwellenwertes ein Anhängerbetrieb erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einmaligem, vorzugsweise mehrfachem, Überschreiten eines zweiten Schwellenwertes eine deformierbare Fahrbahn erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung auf einen Anhängerbetrieb erst bei Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit, insbesondere von 60 km/h, vorzugsweise von 70 km/h, bevorzugt von 80 km/h, aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines erhöhten oder erniedrigten Fahrwiderstandes das Verhalten eines Fahrdynamikregelungssystems modifiziert wird, insbesondere eine Aktivierung von Fahrstabilisierungseingriffen, vorzugsweise von Fahrstabilisierungseingriffen zum Zwecke der Verringerung der speziell im Anhängerbetrieb auftretenden Instabilitäten und/oder eine Anpassung der ABS-Regelstrategie, vorzugsweise eine Anpassung von ABS-Schlupfschwellen zum Zwecke der Verbesserung der Bremsleistung auf deformierbaren Fahrbahnen, erfolgt.
Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.