专利名称：用于估算车辆重量的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于估算车辆重量的方法和设备。本发明尤其涉及根据独立的权利要求的前序部分的方法和设备。本发明还涉及计算机程序和计算机程序产品，涉及根据本发明的估算重量的用途，以及涉及包括至少一个这样的设备的机动车辆。
背景技术：
在具有手动变速箱的车辆的自动化齿轮变速系统中，基于各个不同参数(例如，道路坡度和车辆行驶阻力)而进行齿轮的选择。为了使齿轮变速系统做出正确的齿轮变速选择，还需要与车辆的重量有关的信息。这在车辆从静止开始启动时尤其重要，这是因为正确的齿轮选择对于车辆能否出发至关重要。通常，对车辆重量的各种估算是在车辆处于运动/运转时进行的，选择最终重量，然后将其用作用于计算相关齿轮的齿轮变速系统中的输入参数。已知的用于估算车辆重量的方法基于车辆的加速度以及基于来自任何适配车辆的空气悬挂系统的信息。在车辆具有载荷检测系统(例如，空气悬挂系统)的情况下，已知的用于估算车辆重量的方法基于空气悬挂。在这样的系统中，测量车轴压力并借助于与车辆类型有关的信息将其直接转换为车辆重量。这种方法也可以用来估算当车辆静止时的车辆重量。其它已知的用于重量估算的方法基于车辆的加速度和/或减速度，但是受限于仅能在车辆运动时进行对车辆重量的估算。现场车辆是用于重型目的的车辆类型，例如翻斗卡车、采石场/矿场卡车和运木材的卡车。这些类型的卡车通常没有空气悬挂，但具有不是载荷检测系统的叶片弹簧(leafspring)系统。这意味着不能在静止时估算这些类型的车辆重量，这是因为对车辆重量的估算通常涉及使用力学方程F = m*a，这个方程当车辆为静止(从而其加速度为零)时是不适用。在车辆的卸载/装载已发生的情况下，基于在卸载/装载操作之前对车辆重量的任何车辆结果重量的估算都将导致错误的齿轮选择，这是因为所述卸载/装载将极大地改
变车辆重量。在典型的这样的场景中，空载的现场车辆可能行驶到露天矿中，并且在倒退行驶出矿场以便卸载之前进行装载。当车辆在装载之后开始启动时，齿轮变速系统将基于在装载操作之前最新估算的重量来进行齿轮选择。这个在装载之前最新估算的重量将与车辆的结果满载重量有很大不同，并会导致错误的齿轮选择。这当估算重量相对于实际重量过低时变得尤其危险，会主要导致两个问题。一是如果车辆以这样高的初始齿轮从静止开始启动，则发动机转矩不足以克服行驶阻力，车辆将不能移动，导致不必要的离合器磨损。通常由齿轮变速系统通过增大发动机转矩直到克服行驶阻力来处理这样的情况，这需要齿轮变速系统必须选择另一较低的初始齿轮。第二个问题是如果车辆提升到过高的齿轮，则在最坏的情况下车辆将倾向于熄火并且在山坡上停车。当车辆所行驶的地面并非硬和/或平坦的表面(例如浙青或混凝土)时，通过力学方程估算车辆重量时会发生其它的麻烦情况。例如，在松软的行驶表面(诸如沙地和松散的碎石等)上进行估算会更加困难，这是因为在这些表面上的滚动阻力变化极大，使得难以计算用于估算车辆重量的正确行驶阻力。上述内容表明了与现有技术相比，需要有改进的用于估算车辆重量的方法。尤其是需要有用于估算现有技术不适用或较少适用的、静止车辆的重量和/或在松软和/或不平坦表面行驶的那些车辆的重量的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于估算车辆重量的方法，其完全或部分地克服了用于估算车辆重量的现有技术方法中的缺陷和缺点。本发明的另一目的是对于现有技术方法不适用或不可用的、静止的和/或行驶在松软和/或不平坦的表面上的车辆提出一种方法能够估算它们的重量的方法。本发明的又一目的是提出一种与现有技术相比、用于估算车辆重量的替代和简化的方法。根据本发明的一个方面，利用一种用于估算车辆的重量的方法来实现上述目的，所述方法包括以下步骤-计算至少所述车辆的第一重量Hi1;-检测所述车辆的卸载/装载是否已发生；以及-在与所述车辆的以前重量有关的信息的基础上估算所述车辆的第二重量m2。上述方法的实施例定义在属于该方法的从属权利要求中。本发明还涉及与根据本发明的任意方法有关的计算机程序和计算机程序产品。本发明还涉及由根据本发明的任意方法估算的重量的用途，并且优选地涉及作为机动车辆中的一个和/或多个齿轮选择策略的输入参数的估算重量的用途。根据本发明的另一方面，还利用用于估算车辆的重量的设备来实现上述目的，所述设备包括至少一个计算单元和至少一个存储器单元，并适于-计算至少所述车辆的第一重量Hi1；-检测所述车辆的卸载/装载是否已发生；以及-在与所述车辆的以前重量有关的信息的基础上估算所述车辆的第二重量m2。还可以根据上述方法的各个实施例修改所述设备。本发明还涉及包括至少一个这样设备的机动车辆，例如客车、卡车或公共汽车。本发明提出了一种能够在车辆静止时估算车辆的重量的方法和设备。本发明还可以提出在车辆行驶在松软和/或不平坦的表面时对车辆重量的估算，这是因为根据本发明的解决方案能够不考虑行驶表面的性质。此外，如果车辆配备有一个或多个加速度计，则不需要安装另外的用于估算车辆重量的传感器，这是因为根据本发明的实施例可以使用现有的加速度计来估算车辆的重量。以下阐述详细描述指出了根据本发明的方法和设备的另外的优点和应用。
在以下阐述的本发明的详细描述中，参照附图描述了本发明的实施例，在附图中图I是根据本发明的实施例检测卸载/装载的流程图；图2示出了由划分为离散范围的车辆的以前重量的柱状图表示的操作历史的示例；图3是如何从车辆的操作历史估算车辆重量的流程图；图4是关于估算数的操作历史的存储的流程图；图5是关于时间的操作历史的存储的流程图；以及 图6示意性地示出了包括计算单元和存储器单元的控制单元。
具体实施例方式借助于力学方程来估算车辆重量的方法不能估算车辆静止时的重量，并且这些方法在某些条件下还会产生很差的估算或根本无法估算，例如，当对松软和/或不平坦的行驶表面(诸如沙地或松散的碎石等)进行估算时。因此，本发明旨在提出一种改进和/或替代的用于估算车辆重量的方法和设备。根据本发明的方法包括以下步骤计算至少车辆的第一重量Hl1，检测车辆的卸载/装载是否已发生，以及在与车辆的以前重量有关的信息的基础上估算车辆的第二重量m2。本发明的基本概念是检测车辆的卸载/装载是否已发生，以便随后估算车辆的重量，这是因为本发明人已发现这种检测具有能用于估算车辆重量的信息内容。可以用各种不同的方法来进行检测，根据本发明的实施例，该检测基于来自设置在车辆上的一个或多个加速度计的一个或多个信号而进行。车辆(例如现场车辆和卡车)具有设置在车辆的纵向方向(例如在一个/多个离合器致动器)上的一个或多个的加速度计并非是不同寻常的。根据以下公式，测量车辆纵向方向上的加速度的加速度计还测量由重力引起的加速度分量，该加速度分量与道路的坡度平行，该公式如下as=av+g sin ( a )其中，as是加速度计的值，av是车辆的加速度，g是重力引起的加速度，a是影响车辆的相对/当前道路坡度。加速度计用于在车辆加速/减速期间估算车辆重量并且用于估算影响车辆的道路坡度。因而，加速度计还能用于发现影响车辆的坡度变化。由本发明人所做出的创造性步骤的一部分是他们洞悉到这个信息能用于检测车辆的卸载/装载是否已发生。如果卸载/装载操作导致车辆足够大的移动，则加速度计将会记录该变化，使得能够检测/发现卸载
/装载。为了排除可能影响加速度计检测的其它因素，特定条件适用于有效检测。首先且最重要的是检查车辆在卸载/装载期间是静止的(即通过检查传动轴的转速)，并检查车辆的点火装置是开启的，以使加速度计能完全记录任何事物。有时需要满足来确保所检测的确实是卸载/装载操作的另外的条件的示例包括检测加速度计的偏转不是因为车辆开始启动或车辆停止所导致的加速或减速造成的。
本发明的实施例检查了当车辆静止时来自一个或多个加速度计的一个或多个信号的振幅。如果信号的振幅|a|超过了高于信号的噪声振幅|an|的阈值At，则进行检查来确保振幅的改变不是由刚开始启动或使车辆停止、或是由启动或关闭发动机引起的。如果不是这些情况，根据本发明的这个实施例所检测的是卸载/装载操作。大部分来自加速度计的信号噪声是由发动机的震动引起的。由加速度计检测的优点是对卸载/装载的检测能在车辆静止时完成。图I中的流程图示出了根据上述实施例对卸载/装载的检测。步骤FlO检查车辆是静止的。如果车辆不是静止的，则不会发生检测，但如果车辆是静止的，则步骤Fll比较(来自加速度计的)信号的振幅|a|是否超过了阈值at。如果是，则步骤F12进一步检查来看车辆在检测之前和之后是否是静止的，该检查可以通过关于在将振幅|a|与阈值At相比·较时检验传动轴的转速(如果车辆是静止的，则转速将为零)来完成。如果在步骤F12发现车辆是静止的，则下一步骤F13再通过检验发动机速度和点火信号(指示点火装置是否开启的信号)来检查发动机是否运行，这是因为发动机的启动或关闭可能影响/干扰来自加速度计的信号。如果发动机没有运行，则这个实施例检测了车辆的卸载/装载。某些类型的车辆具有二元载荷模式，从而它们实质上是空载或满载的。因此，这种类型的车辆具有低重量(空载)或高重量(满载)，例如，用于运载露天开采材料的现场车辆。对于具有这种二元载荷模式的车辆而言，期望仅记录完全卸载/装载时的检测，这是因为卸载/装载可以分阶段发生，例如，拉碎石的卡车在完全利用其载货能力之前可以接收若干桶(bucket)载荷。这样的装载过程可能在其它方面导致每一阶段的装载过程被检测为单独的完全卸载/装载操作。这种情况可以通过施加车辆在新的卸载/装载操作视为已被加速度计检测到之前必须行驶一定距离和/或超过一定速度的条件来避免，例如行驶至少100米或超过10公里/小时。有时还会发生在车辆静止时未检测到车辆的卸载/装载发生的情况，例如，如果在卸载或装载过程期间车辆的点火装置是关闭的且加速度计被用于检测。根据本发明的另一实施例，在这样的情况下，检测卸载/装载需要使用(在卸载/装载之前计算的)第一计算重量Hi1和第三计算重量m3。根据这个实施例，可以比较在第一重量Hl1与随后计算的第三重量叫之间以绝对项确定的差值来检测卸载/装载是否已发生。如果所述差值呈现为大于阈值T的值(S卩如果Im1-Hi3IXT),则这个实施例检测到了卸载或装载操作。相反，如果所述差值呈现为低于阈值T的值，那么没有检测到卸载/装载。阈值T尤其取决于车辆的第一重量Hl1，这是因为在这种情况下重量Hl1与叫之间的相对差/百分比差值是相关的。在第一重量Hi1之后计算第三重量Hi3，优选的是在开始启动车辆之后的相对较短的时间，即当车辆已经出发时。因为在车辆出发后不久计算第三重量叫，该计算将会产生其重量的近似计算值，该近似计算值可能与车辆的实际重量差别很大。原因在于用于计算第三重量Hl3的参数(例如，力学方程(如果使用了这些力学方程)中的各个力)在车辆刚开始启动之后并不总是完全已知的，所以第三重量Hl3的计算基于与相关力和可能的其它参数有关的不完全信息。本发明的另一观点和基本概念是使用与车辆的以前重量有关的信息以便估算它的当前重量。优选从车辆的操作历史中获得所述信息，根据本发明的优选实施例，这需要在先前一段时间P期间的车辆的以前重量的操作历史，存储该操作历史以随后用于估算车辆的当前重量。车辆的操作历史是与车辆已历史上呈现的各个重量值有关的信息的累积，并且从而包含用于本发明以便估算车辆的当前重量的信息。时间段P是可以根据车辆的环境选择的参数。这个参数影响了随时间推移的操作历史的统计基础。对于每单位时间卸载/装载操作数，不同类型的车辆具有不同的操作模式，所以可以根据这些载荷模式选择或调整时间段P。根据本发明的另一实施例，与车辆的以前重量有关的信息是在给定时间段P期间车辆重量的分解(breakdown)。图2示出了对于现场车辆的这样的重量分解的示例。图2将车辆的以前重量分解为以柱状图形式陈列在这个示例中的离散范围，在该柱状图中y轴表示在给定范围内的车辆的以前重量的次数，X轴表示以吨为单位的重量。图2中的分解还具有第一峰值M1 (左峰值,其为第一局部最大值)和第二峰值M2(右峰值，其为第二局部最大值)。第一峰值对应于当车辆没有满载时最频繁呈现的车辆的早期重量，类似地，第二峰值对应于当满载时历史上最频繁呈现的车辆的早期重量。因此，图2中各个峰值M1和M2分别可以被解释为根据特定车辆的操作历史当基本上空载(左峰值)或基本上满载(右峰值)时最频繁呈现的车辆的重量值。如图2中所示，具有两个峰值的这种分解对于通常或基本上具有二元载荷模式的车辆来说是寻常的。如果在车辆静止时(例如，由加速度计)检测到卸载或装载操作，根据本发明的实施例可用的另外的信息包括根据车辆的操作历史的以前重量分解和在卸载或装载之前计算的车辆第一重量Hl1 (例如，通过力学方程计算)，所以根据该实施例第一重量Hl1的计算发生在检测步骤之前。此外，假定车辆是现场车辆，并且因而通常满载或空载(S卩，如上的二元载荷模式)行驶，根据操作历史的重量分解将会具有两个峰值M1和M2,以使得第一峰值M1对应于空车辆的重量Ml，第二峰值M2对应于满载车辆的重量Mh。为了估算第二重量m2，关于第一重量Hl1与各个峰值重量(即Ml和Mh)之间的绝对差值，将第一重量Hl1与这两个峰值(实际上是对应于这些峰值的重量值)进行比较。所述差值最小处的Ml或Mh重量最接近于卸载/装载操作之前的第一重量Hi1,并且在检测到车辆已变得空载/装载的基础上，其它的Ml和Mh重量从而可以表示估算的第二重量m2。在数学上这可以被描述为估算重量，即第二重量m2，第二重量m2被估算为如果卜厂!!!」〉!!]^-!]!」，则m2=mL,并且(I)如果IIh1-Iiil I ( IIh1Hh I ,贝丨J m2=mH (2)这意味着在这种情况下第二重量m2是基于卸载/装载操作之前计算的第一重量Hl1和车辆的操作历史而估算的。图3中的流程图中示出了本发明的上述实施例。步骤F20检测是否已发生卸载/装载，并且如果是这种情况，则步骤F21提供在卸载/装载之前计算的第一重量mi。步骤F21还通过查找相应的第一和第二局部最大值M1和M2来从车辆的操作历史中确定车辆的空载重量Ml和满载重量Mh。然后，步骤F22检查是否满足根据F22方程的条件，如果是这种情况，则步骤F24将第二重量估算为m2 = mH。如果不是这种情况，则步骤F23将第二重量估算为吗=1^。然后，步骤F25使用第二重量m2,例如作为用于车辆的齿轮变速系统中的齿轮选择的输入参数，直到得到进一步计算的重量值(例如，通过力学方程)。这个实施例使得即使在车辆静止时也能估算车辆的重量。本发明的另外实施例在估算第二重量m2中使用第三重量m3。如果检测在车辆已出发之后完成，根据条件Im1-Hi3IXT使用上述的第一重量Hi1和第三重量m3，第三重量m3还可以用于估算第二重量m2。因为这是近似计算(由于与相关参数有关的信息不完整)，所以不会采用第三重量Hl3作为第二重量Hl2的直接估算，但是对第二重量Hl2的估算基于替代使用第三重量Hl3中的信息内容。通过检查与第三重量Hi3有关的范围I，能够在第三重量Hi3的值的基础上估算第二重量m2。如果这样的范围I包括局部最大值(M1, M2),则可以将第二重量m2估算为与所述局部最大值(例如上述的A或Mh)相对应的值。换句话说，将第二重量m2估算为与范围I内最靠近第三重量m3的局部最大值相对应的值。例如，如果第三重量m3计算为39吨且所检查的范围I包括在图2的分解中的两个邻近的较低和较高的范围，则在这个示例中将第二重量1112估算为m2 = mH = 48吨(取范 围44-48吨中的较高值)。例如，可以将范围I确定为I = m3+/-d，其中d为确定与第三重量％的值有关的范围I的大小的可选参数，但是也可以在第三重量m3作为基数的情况下(即表示100%)将范围I定义为第三重量m3的百分比。应当注意范围I不需要关于第三重量m3对称。本发明的另一实施例还使用第三重量叫及第一重量Hi1来估算第二重量叫，以便完善这个估算。这种方法通过使用上述实施例得到了当车辆静止时的第二重量Hi2的第一估算值，在上述实施例中如果Im1IL|> ,则将第二重量估算为1 =! ,如果11 -! ! ( Hi1-Ina|,则将第二重量估算为m2=mH。当车辆出发时，通过计算(例如，通过力学方程)也可以得到第三重量m3的一个或多个值。第二重量m2的第二估算(以及可能的另外估算)可以在第三重量m3的基础上通过使用操作历史的范围分类得到，使得第二重量叫被估算为第三重量m3的量化(quantisation)。如果得到了第三重量m3的另外的值，则可以重复进行通过量化估算的这个过程。优选地通过车辆的力学方程计算第一重量Hi1和/或第三重量Hi3，其在实施例中取值为以下形式
权利要求
1.一种用于估算车辆重量的方法，其特征在于包括以下步骤 -计算至少所述车辆的第一重量Hl1 ; -检测所述车辆的卸载/装载是否已发生；以及 -在与所述车辆的以前重量有关的信息的基础上估算所述车辆的第二重量m2。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，从在时间段P期间所述车辆的操作历史获得与所述以前重量有关的所述信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，与所述以前重量有关的所述信息采用在所述时间段P期间所述车辆的重量的分解的形式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述分解被划分为离散的范围。
5.根据权利要求3-4中的任一项所述的方法，其中，所述分解采用所述车辆的以前重量的柱状图的形式。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的方法，其中，所述分解通过在操作期间连续存储计算的重量而得到。
7.根据权利要求3-6中的任一项所述的方法，其中，所述分解包括第一峰值M1和第二峰值M2 -所述第一峰值M1表示所述车辆空载的重量并且 -所述第二峰值M2表示所述车辆满载的重量mH。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对所述第二重量m2的所述估算也基于所述第一重量In1O
9.根据权利要求8所述的方法，其中，如果Im1-HOI，则所述车辆的第二重量m2为n\，并且 如果Im1-IH1J (,则所述车辆的第二重量m2为mH。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，对卸载或装载是否已发生的检测基于来自设置在所述车辆中的ー个或多个加速度计的ー个或多个信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述ー个或多个信号的振幅呈现为高于阈值的值，则检测到卸载或装载操作。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括以下步骤 -计算至少所述车辆的第三重量Hl3，在此情况下 -还基于所述第三重量Hl3估算所述第二重量Hl2。
13.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，还包括以下步骤 -计算至少所述车辆的第三重量Hl3，在此情况下 -基于所述第一重量Hl1和所述第三重量Hl3检测卸载或装载是否已发生，使得如果所述第一重量Hl1与所述第三重量Hl3之间的差值大于阈值T: I Hl1-Hl3Ixr,则检测到卸载或装载。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述阈值T取决于所述车辆的所述第一重量ITl1O
15.根据权利要求13-14所述的方法，其中，所述第二重量HI2的所述估算也基于所述第二重量m3。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过所述车辆的力学方程计算所述第一重量Hi1和/或所述第三重量m3，并且在所述第一重量Hi1之后计算所述第三重量m3。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，用于计算所述第一重量Hi1和/或所述第三重量m3的力学方程采用如下形式
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，计算所述第一重量Hi1的步骤发生在检测所述车辆的卸载或装载操作是否已发生的步骤之前。
19.一种计算机程序，其包括程序代码，并且当在计算机中执行所述程序代码时，使所述计算机应用根据权利要求1-18中的任一项所述的方法。
20.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质和根据权利要求19所述的计算机程序，所述程序包含在所述介质中。
21.根据权利要求1-18中的任ー项的估算重量在车辆中的用途。
22.根据权利要求21所述的用途，其中，所述估算重量用作所述车辆中的ー个和/或多个齿轮选择策略的输入參数。
23.一种用于估算车辆的重量的设备，所述设备包括至少ー个计算单元(111)和至少一个存储器単元(112)，其特征在于其适于 -计算至少所述车辆的第一重量Hl1 ; -检测所述车辆的卸载/装载是否已发生；以及 -在与所述车辆的以前重量有关的信息的基础上估算所述车辆的第二重量m2。
24.ー种例如客车、卡车或公共汽车的机动车辆，包括至少ー个根据权利要求23所述的用于估算重量的设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于估算车辆重量的方法和设备。用于估算所述重量的方法包括以下步骤计算至少所述车辆的第一重量m1，检测所述车辆的卸载/装载是否已发生，以及在与所述车辆的以前重量有关的信息的基础上估算所述车辆的第二重量m2。本发明还涉及计算机程序和计算机程序产品，涉及根据本发明的估算重量的用途，以及涉及包括至少一个这种设备的机动车辆。
文档编号G01G19/08GK102985725SQ201180034014
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月9日
发明者M·古斯塔夫森, E·奥朗德, P·摩林 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司