车辆重量的估计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于基于下列项来估计车辆的重量mv的方法和系统：-作用于车辆上的至少两个力，其包括动力FT和至少一个另外的力；以及-相关的道路路段的地形信息。根据本发明，当在所述至少两个力中所述动力FT占优势时，估计被执行。
【专利说明】车辆重量的估计
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分估计车辆的重量mv的方法。本发明还涉 及根据权利要求20的前序部分估计车辆的重量mv的系统以及用于应用该方法的计算机程序。
【背景技术】
[0002]可采取车列形式的车辆的重量是在其控制系统中的很多功能中的重要参数。车辆 在很多情况下明显被其重量影响，所以能够正确地估计它非常重要。它的重量通常形成用 于种种计算的车辆模型的部分和车辆中的控制形式。
[0003]能够装载重负荷的车辆(例如能够装载大量人的公共汽车或能够装载各种类型的 重负荷的卡车)的重量可发生相当大地变化。例如，卡车在未载货时比在完全装满时的重 量要小得多。公共汽车同样在空车时比在充满乘客时的重量要小得多。汽车重量的变化比 在预期装载重负荷的车辆的情况下要小得多，但空汽车和完全装满的汽车之间的差异可能 相对于汽车本身的低重量是大的，特别是当完全装满的汽车还具有耦合到它的装满的拖车 时。
[0004]车辆的重量影响它的行驶阻力，且因此是在例如自动挡(gear)选择中的重要参 数。自动挡选择发生在例如自动操作的手动变速箱中，能够确定实际行驶阻力且因此在给 定的情况中选择哪个挡是重要的。
[0005]道路路段的地形如何影响车辆也极大地取决于车辆的重量，这是它分别在上坡和 下坡时加速和减速多少的决定性因素。车辆重量因此也是在考虑道路路段的地形的巡航控 制系统(所谓的前视性巡航控制系统)中的重要参数，其中在这种情况下使用的发动机转矩 的量取决于前方道路路段的地形将如何影响车辆的速度。车辆重量当然也是常规巡航控制 系统中的重要参数。
[0006]各种方法目前应用于估计车辆的重量。一种这样的方法使用来自车辆的空气悬挂 系统的信息。空气悬挂系统测量在具有空气悬挂的所有轴上的轴压力，并将该信息传送到 控制单元作为它计算车辆的重量的基础。如果在所有轴上具有空气悬挂，则这种方法将很 好地工作，但如果一个或多个轴没有空气悬挂，则这种方法将无法令人满意地工作或根本 无法工作。该方法例如在包括不报告轴负荷的拖车或半拖车的车列中特别成问题，这可能 在车辆的使用期间或多或少的未知拖车常常耦合到车列的情况下相对普遍。该方法在车辆 的运行期间也是成问题的，因为当车辆在车道的不平坦部分上行进时，轴压力将发生变化， 从而由于不稳定的轴压力而可能导致不正确的重量估计。
[0007]其它已知的重量估计方法基于加速度，使用可以根据发动机给予车辆的力和从该 力产生的加速度来计算车辆的重量的事实。来自发动机的力在车辆中是已知的，但这样的 方法涉及必须测量或估计加速度。
[0008]根据一种方法，通过求车辆速度的导数来估计加速度。该方法在高加速度下，即， 在相对低的车辆速度下的低速挡中工作良好，但缺点在于，该方法受道路梯度影响，从而使求导成为必要，因为道路梯度是对系统而言未知的参数。
[0009]另一方法借助于加速计来估计加速度。基于加速计的方法所具有的优点在于加速度被直接测量，但只有现今的有限数量的车辆具有加速计，这意味着该方法不是通常在所有车辆上都是可适用的。当前的基于加速计的方法还存在的缺陷为加速计信号是嘈杂的， 从而降低了该方法的精度。
[0010]另一方法在挡位改变期间估计加速度。该方法基于行驶阻力在挡位改变期间不改变的假设并因此基于比较在挡位改变之前、期间以及之后的车辆的加速度，以便确定其重量。该方法导致车辆重量的非常令人不满意的估计。
[0011]基于加速度的重量估计通常所具有的缺点在于，为了能够具有良好的估计，必须要满足特定的行驶要求。在行驶期间这些要求并不总是一定会被满足，在这种情况下良好的重量估计是不可能的。例如，基于加速度的重量估计需要在低速挡中的全加速度，以实现可靠的结果。因为这样的全加速度并不总是出现在行驶期间，如果例如车辆在下坡时开始行驶，例如在从加油站到高速公路的进入口(entry slip)上,其中下坡使得能够在对行程的其余部分维持基本恒定的速度之前相对平缓地加速，因此这些方法常常无法提供车辆重量的良好估计。
[0012]因此，以前已知的重量估计方法并不总是可应用的和/或未能提供对每种行驶的可靠估计。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是以计算上有效的方式提供车辆重量mv的正确估计。
[0014]该目的由根据权利要求1的特征部分的用于估计车辆的重量mv的前述方法来实现。它也由根据权利要求20的特征部分的用于估计车辆重量mv的前述系统、以及由前述计算机程序来实现。
[0015]根据本发明，当结果受到来自误差源的最小影响时，车辆重量mv的估计被执行。这由本发明来实现，本发明选择当动力(motive force)FT在作用于车辆上的力中占优势时进行估计。当动力Ft是公知的且同时涉及相对小的误差时，具有良好质量的估计可由本发明来实现。换句话说，可进行高质量的估计，这是因为它主要基于本身维持高质量的动力Ft。 只有在估计可能维持高质量时才进行估计也极大地限制了在这样的估计中涉及的计算量。
[0016]根据本发明的实施例，估计至`少基于在一段时间(从h到te，即tfte)或距离(从 X0到Xe,即Xc1-Xe)上力对车辆的影响、基于在时段td-te或距离X0-Xe上车辆速度的变化、以及基于在时段或距离Xtl-Xe上其高度的变化。这些估计可基于在该时段或距离的相应的开始Uc^Xtl)或结束时的初始车辆速度Vtl和最终车辆速度其有利之处在于不需要求出嘈杂的速度信号的导数，从而减小了估计误差。
[0017]可基于在时段上的积分来计算这些估计，从而也增加了估计的质量，因为积分用作对输入参数中的不规则性的过滤器。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面参考附图更详细地说明本发明，其中相同的附图标记用于相似项，且其中:
[0019]图1示出控制单元，以及[0020]图2示出在行驶期间测量的数据的示例。
【具体实施方式】
[0021]当车辆处于运动中时，各种力作用于车辆上。它们中的一个是当车辆倒退时向前或向后推车辆的动力Ft。另外这样的力包括来自与滚动阻力有关的力Fk、与空气阻力有关的力Fa和与重力有关的力Fe中的一个或多个。道路梯度a也极大地影响车辆的行驶阻力。
[0022]根据本发明，估计车辆的重量mv因此基于动力Ft和来自滚动阻力Fk、空气阻力Fa 和重力Fe中的至少一个另外的力，并基于相对道路路段的地形信息。根据地形信息，可以确定出沿着道路路段的道路梯度a的影响。根据本发明，当在作用于车辆上的力中动力Ft 占优势时，来完成对车辆重量mv的估计。这个力在强加速期间在例如作用于车辆上的力中占优势，这会出现在低速挡中，或出现在车辆正保持高速上坡时。
[0023]当动力Ft是作用于车辆上的优势力时在一段时间tfte或距离X0-Xe上估计车辆重量mv使得能够以良好的精度实现估计，这是因为车辆的动力Ft的大小一定是已知的。在车辆中，因此可以使用关于动力Ft的高精度的信息。相反，在车辆中可得到的关于作用于它的其它力(例如关于行驶阻力Fk和空气阻力Fa)的信息具有低精度，且常常包括误差。常常基于不同于车辆重量％将被估计的特定车辆的标准车辆的模型来估计另外的力。天气和道路状况也影响行驶阻力Fk和空气阻力Fa，因此关于这些力的大小具有显著的不确定性。
[0024]将地形信息也合并在估计中意味着当估计车辆重量^时考虑从例如陡峭的上坡产生的重力Fp结果是当车辆不加速但仍然维持高速上坡时也可例如执行估计。总而言之， 本发明基于当在车辆内在作用于车辆上的力中已知具有良好精度的动力Ft占优势时选择进行车辆重量估计，从而提供非常精确估计的保证。从而使用最小的计算量避免了较差的估计并实现了可靠的估计。
[0025]根据本发明的实施例，如果动力Ft比作用于车辆上的一个或两个另外的力大得多，则假设在作用于车辆的至少两个力中动力Ft占优势。当情况就是如此时，应根据本发明来估计车辆重量mv。
[0026]根据本发明的实施例，如果从车辆的发动机提取的扭矩M超过发动机可输送的最大扭矩Mmax的预定比例，则假设这时动力Ft比一个或多个另外的力大得多。如果动力Ft当时超过在当前挡位中的最大动力Ftimx的预定比例，这也可被看作将动力&视为比一个或多个另外的力大得多。这使得易于决定何时或是否进行车辆重量mv的估计。
[0027]根据本发明的实施例，如果从车辆的发动机提取的扭矩M超过其最大扭矩Mmax的 90%，则这时动力Ft被视为比一个或多个另外的力大得多。
[0028]该预定比例可以是可调节值，在这种情况下它可改变，使得每次行驶时估计被执行任何合适次数。换句话说，在这里针对特定行驶长度预先确定该比例，但可针对不同的行驶长度在大小上进行调节。该可调节值使得易于实现任何期望的合适数量。该值将被调节到什么水平可取决于各种因素。通常以实现在所进行的估计的次数与其质量之间的平衡的方式来调节。可调节值的较低水平意味着在动力FtK占优势低于在可调节值的较高水平下进行估计所必需的动力Ft所占优势时进行估计，从而导致进行更多的估计，但在其精度上可能存在一些变化。可调节值的较高的低水平导致较少的估计，但具有高精度。[0029]根据本发明的另一实施例，动力Ft的大小与作用于车辆上的一个或多个另外的力的大小有关。在这种情况下，如果它比至少一个另外的力大至少预定的倍数，则将动力&视为比那些一个或多个另外的力大得多。在这里，为了使车辆重量mv的估计被执行，动力Ft 因此必须比来自作用于车辆上的滚动阻力Fk、空气阻力Fa和重力Fe中的一个或多个大预定的倍数，且可以确定预定的倍数，以使得保证估计具有高质量。例如，如果动力Ft比作用于车辆上的一个或多个另外的力大至少三(3)倍，则动力Ft可被视为占优势的，在这种情况下，将执行车辆重量mv的估计。预定数当然不需要是整数倍，而可以是任何合适的数字，例如分数。因此，如果动力Ft比作用于车辆上的一个或多个另外的力大至少二点五(2.5)倍， 则动力Ft例如也可被视为占优势的。
[0030]该预定数可以是可调节值，在这种情况下针对特定行驶长度预先确定该预定数， 但可针对不同的行驶长度在大小上调节。与上述预定比例一样，该预定的可调节值可随后改变，以使得每次行驶时估计被执行任何合适的次数。该可调节值的低水平导致更多的估计被进行，但它们的精度可能稍微变化。该可调节值的高较低水平导致较少的估计，但具有高精度。
[0031]用于估计车辆重量mv的以前已知的方法使用由车辆速度的导数确定的车辆加速度a。车辆速度信号可能相对嘈杂，从而可能导致其导数非常嘈杂。以前已知的方法因此无法产生车辆重量mv的精确估计。
[0032]可如下建立车辆的力方程:
[0033]Ftot=mva
[0034]Ftot=FT+FE+FA+FG
[0035]FT=TEnDT (方程 I)
[0036]Ffk1V2
[0037]Fe= (k2v+k3v2+k4) mvg=FECmvg
[0038]FG=mvg sin a
[0039]其中
[0040]-Ftot是作用于车辆上的所有力；
[0041]_g是重力常数；
[0042]-a是以弧度为单位的道路梯度；
[0043]-V是车辆速度；
[0044]- nDT是动力传动系的总传动比，包括轮半径；
[0045]-Te是发动机的输出扭矩；
[0046]-a是从车辆速度V得到的车辆加速度；
[0047]_1^、1^、1^、1^是常数；以及
[0048]-Fec是滚动阻力的·系数(其取决于车辆速度V)。
[0049]这些方程可被重写，以生成用于计算车辆的重量的表达式:
[0050]FT+FF+FA+FG=mva = >
[0051]FT+FRCmvg+FA+mvg sin a =mva = >
[0052]mv (a-gFEC-g sin a ) =FT+FA = > (方程 2)
【权利要求】
1.一种用于基于下列项来估计车辆的重量Hlv的方法:-作用于所述车辆上的至少两个力，包括动力Ft和至少一个另外的力，以及 -相关的道路路段的地形信息，其特征在于，当在所述至少两个力中所述动力Ft占优势时，执行估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个另外的力还包括下列项中的至少一个:-与滚动阻力有关的力Fk，-与空气阻力有关的力fa，以及 -与重力有关的力Fc。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中如果从所述车辆的发动机提取的扭矩M超过所述发动机的最大扭矩Mmax的预定比例，则这时所述动力Ft相对于所述至少一个另外的力是占优势的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定比例是可调节值，所述可调节值能够被改变，以使得每次行驶时所述估计被执行合适的次数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述预定比例是所述最大扭矩Mmax的90%。
6.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中如果所述动力Ft比所述至少一个另外的力大至少预定倍数，则所述动力Ft相对于所述至少一个另外的力是占优势的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定倍数是可调节值，所述可调节值能够被改变，以使得每次行驶时所述估计被执行合适的次数。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述倍数是三。`
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中基于至少下列项来执行估计:-所述至少两个力在时段上对所述车辆的影响，所述时段具有在可允许的时间范围内的长度，-在所述时段上所述车辆的速度的变化，以及 -在所述时段上所述车辆的高度的变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述时段对应于在所述时段上行进的距离Xtl-Xe,且所述距离X0-Xe具有在可允许的距离范围内的长度。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中所述高度的变化基于相关的道路路段的梯度a来确定。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述道路梯度a基于下列源中的至少一个来确-结合定位信息的地形图信息，以及 -加速计。
13.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中所述高度的变化基于从结合定位息的地形图信息得到的闻度信息来确定。
14.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，其中所述高度的变化基于在所述预定时段tfte上大气压力的变化来确定。
15.根据权利要求9-14中的任一项所述的方法，其中通过下列计算方法中的至少一个来得到所述至少两个力在所述预定时段上对所述车辆的所述影响:-对所述至少两个力在所述时段上的影响进行积分，-对所述至少两个力在对应于所述时段的离散值上的影响求和，-对所述至少两个力在对应于所述时段的距离Xtl-Xe上的影响进行积分，以及-对所述至少两个力在对应于所述时段的距离Xtl-Xe的离散值上的影响求和。
16.根据权利要求1-15所述的方法，其中所述重量&的至少两个单独的估计用于确定平均重量Iiini。
17.根据权利要求1-16中的任一项所述的方法，其中所述估计被提供有指示所述估计的可靠程度的等级。
18.一种计算机程序，包括程序代码，且当所述代码在计算机中被执行时，所述计算机程序使所述计算机应用根据权利要求1-17中的任一项所述的方法。
19.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质和根据权利要求18的计算机程序，所述程序包含在所述计算机可读介质中。
20.一种用于基于下列项来估计车辆的重量mv的系统:-作用于所述车辆上的至少两个力，包括动力Ft和至少一个另外的力，以及-相关的道路路段的地形信息， 其特征在于，所述系统包括用于比较所述动力Ft与所述至少一个另外的力的装置，并适于当在所述至少两个力中所述动力Ft占优势时执行估计。
21.根据权利要求20所 述的系统，其中用于比较的所述装置适于在所述动力Ft比所述至少一个另外的力大得多的情况下确定所述动力Ft在所述至少两个力中是占优势的。
【文档编号】B60T8/172GK103534563SQ201280021453
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年3月26日 优先权日:2011年4月1日
【发明者】F·罗斯 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司