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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorläufigen Bestimmung
der Masse eines Fahrzeugs bei Initialisierung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens gemäß Patentanspruch 10.
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Die
Bestimmung der Masse eines Fahrzeugs und insbesondere eines Kraftfahrzeugs
ist aus vielfältigen Gründen von Nutzen. Sie kann
dazu dienen, das Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu ermitteln und beispielsweise
mit einem höchsten zulässigen Gesamtgewicht zu
vergleichen. Auch kann durch Abzug eines bekannten Leergewichtes
des Fahrzeugs oder eines zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten
Gesamtgewichts das Gewicht der Ladung bzw. die Veränderung
der Zuladung ermittelt werden, wobei selbstverständlich
auch andersherum das Gesamtgewicht aus dem bekannten Leergewicht
und einer ermittelten Zuladung bestimmt werden kann. Dies ermöglicht
eine Auswertung in Bezug auf gesetzliche Bestimmungen, etwa hinsichtlich
einer höchstzulässige Achslast oder ein höchstes
zulässiges Gesamtgewicht des Fahrzeugs, und/oder hinsichtlich
technisch-konstruktiver Lastgrenzen.
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Weiter
kann der Wert der Masse bzw. des Gewichts des Fahrzeugs auch als
wesentliche Eingangsgröße in Steuerungs- und/oder
Regelungsvorrichtungen des Fahrzeugs eingehen, die beispielsweise
die Ansteuerung des Antriebsmotors, des Getriebes, des Bremssystems
und/oder von Stabilisierungseinrichtungen beeinflussen. Bei Fahrzeugen mit
modernen, automatisierten Schaltgetrieben ist es beispielsweise
erwünscht, den jeweils zu wählenden Gang neben
den bekannten Leistungsparametern des Antriebsmotors, des Antriebsstranges,
der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der gewünschten
Beschleunigung auch in Abhängigkeit von der Gesamtmasse
des Fahrzeugs zu wählen, da bei einem schwer beladenen
Fahrzeug wesentlich höhere Drehmomente und damit ein niedrigerer
Gang bei höherer Motordrehzahl für eine gewünschte
Beschleunigung notwendig sind, und zudem z. B. Steigungen mit steigender
Fahrzeugmasse ebenfalls einen stärkeren Einfluss auf einen
zu wählenden optimalen Gang ausüben, während
der Einfluss von Windböen auf das Fahrzeug mit ansteigender
Fahrzeugmasse abnimmt.
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Zur
Ermittlung der Fahrzeugmasse ist es seit langem bekannt, fahrzeugexterne
Wiegevorrichtungen zu verwenden. Diese stehen jedoch oft nicht zur Verfügung
und sind zudem relativ aufwendig sowie zeitintensiv in der Benutzung
und/oder sie sind ortsfest und müssen daher zunächst
aufwendig aufgesucht werden.
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Weiter
ist es beispielsweise aus der
DE 100 58 045 B4 bekannt, die Fahrzeugmasse
mit Hilfe fahrzeugfester Einrichtungen zu ermitteln, die auf der Ermittlung
der Gewichtskraft zwischen den gefederten und ungefederten Massen
des Fahrzeugs beruhen. Genauer ist es für Lastkraftwagen
aus dieser Druckschrift bekannt, an allen Achsen oder zumindest
an mehreren im Verhältnis zur Fahrzeuglänge relativ
weit beabstandeten Achsen die Auflagekraft der gefederten Fahrzeugteile
direkt oder indirekt zu messen, um daraus die Zuladung oder unter
Berücksichtigung der bekannten Masse der ungefederten Fahrzeugteile
das Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu ermitteln. Selbstverständlich
können hierbei alternativ oder zusätzlich, meist
unter Voraussetzung einer horizontalen Fahrzeugaufstandsfläche,
auch die jeweils auf einzelnen Achsen aufliegenden Teilmassen ermittelt
werden, um beispielsweise die Gewichts- bzw. Masseverteilung der
Zuladung zu ermitteln.
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Andere
Lösungsansätze ermitteln die aufliegende Gewichtskraft
an anderen Stellen, beispielsweise durch Auswertung des Reifendrucks
oder des Drucks zwischen einem Fahrzeuggrundgestell und einem die
Nutzlast aufnehmenden Behälter, wie etwa einem Container,
einem Flüssigkeitstank oder einem Kippbehälter
eines Kipplasters. Diesen Ansätzen ist meist gemein, dass eine
mit der zu ermittelnden Masse korrelierende physikalische Größe
an mehreren geometrisch voneinander entfernten Stellen so ermittelt
wird, dass die zu ermittelnde Masse zumindest nahezu vollständig
auf den Messstellen aufliegt. Hierfür kann beispielsweise
der pneumatische Druck in Luftfederelementen an einer vorderen und
einer hinteren die Last tragenden Achse ermittelt werden.
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Insbesondere
sind hierzu Lösungen bekannt, die beispielsweise den pneumatischen
Druck an vier, den Ecken bzw. den Rädern des Fahrzeugs zugeordneten,
Stellen ermitteln. Vereinfachte Versionen dieser Grundvariante sehen
zur Verringerung des apparativen Aufwandes vor, pro Achse oder pro Fahrzeugseite
an Stelle von getrennten Druckwerten nur einen mittleren Druckwert
zu bestimmen, indem beispielsweise die linken und rechten Federungselemente
einer Achse oder die vorderen und hinteren Federungselemente einer
Fahrzeugseite zu Messzwecken vorübergehend zusammengeschaltet
werden.
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Wenn
etwa angenommen wird, dass das Fahrzeug bei üblichen Messbedingungen
auf beiden Seiten der Längsachse etwa gleich stark beladen
ist und auf einer für den Messzweck ausreichend ebenen
Fläche steht, genügt es, wenn der Druck ohne eine
Zusammenschaltung der Federungselemente lediglich auf einer Seite
der Achsen gemessen wird. Weiter kann bei bekannter Verteilung der
aufliegenden Last zwischen mehreren Achsen einer Achsgruppe an Stelle
einer Ermittlung von Belastungswerten sämtlicher Achsen
einer Achsengruppe lediglich an einer der Achsen eine Messung vorgenommen werden
und der so ermittelte Wert unter Berücksichtigung der angenommenen
Verteilung der Last auf die Achsen berechnet werden.
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Derartige,
auf einer Gewichts- bzw. Druckmessung bei stehendem Fahrzeug beruhenden
Systeme sind jedoch mit einigen prinzipiellen Nachteilen behaftet:
Sofern zumindest zwei Kraftmessvorrichtungen an unterschiedlichen
Achsen bzw. von einander entfernten Stellen des Fahrzeugs vorgesehen wer den,
steigt damit der apparativen Aufwand für die Kraftmesssensoren,
die Verkabelung und die Auswertungseinrichtung. Bei steigender Anzahl
von Kraftmessvorrichtungen wächst dieser Aufwand annähernd
proportional, wodurch sich gleichzeitig der Wartungsaufwand und
die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. Zudem weisen viele
Lastkraftwagen an der Vorderachse Blattfedern auf, deren Federbleche
sich bei steigender Belastung aufgrund der gegenseitigen Reibung
nicht kontinuierlich, sondern ruckartig verformen und so eine Kraftmessung über
eine Wegmessung der Einfederung recht ungenau machen. Je stärker
das System jedoch vereinfacht wird, indem beispielsweise nur an
einzelnen Achsen oder auf einer Seite des Fahrzeugs physikalische
Messwerte abgenommen werden, desto stärker ist der auf
dieser Basis ermittelte Massewert mit Unsicherheiten und Fehlern
behaftet.
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Aus
der
DE 10 2004
019 624 B3 ist ein Achsmessgerät für
pneumatische und mechanische Federungen bekannt, welches das Gesamtgewicht
bzw. die Zuladung eines Fahrzeugs mit Hilfe der Ermittlung nur einer
Achslast bzw. des Balgdrucks eines pneumatischen Federungsbalgs
einer Achse ermöglicht. Hierfür wird ein Last-Sensorsignal-Diagramm ermittelt,
indem in einem beladenen und in einem unbeladenen Zustand des Fahrzeugs
die von zumindest einem Sensor an einer Achse ermittelte Auflagekraft
(z. B. der Balgdruck einer pneumatischen Federung) gemessen und
bekannten Beladungen zugeordnet wird. Durch die beiden so ermittelten
Stützstellen einer Kennlinie kann bei Annahme eines linearen
Zusammenhangs jedem erfassten Sensorwert bzw. jedem Balgdruck des
pneumatischen Federungsbalges ein Gewicht bzw. eine Last zugeordnet werden.
Zur Verbesserung der Genauigkeit ist vorgesehen, zusätzliche
Stützstellen zu ermitteln und so auch einen nicht linearen
Zusammenhang zwischen Balgdruck und Ladung mit verbesserter Genauigkeit darstellen
zu können.
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Dieses
bekante Achslastmessgerät benötigt im Vergleich
zu den vorstehend beschriebenen Systemen den geringsten apparativen
Aufwand und er möglicht damit bei vergleichsweise geringem
Kostenaufwand eine für manche Zwecke ausreichend genaue
Bestimmung relevanter Fahrzeugmassen. Allerdings ist die Bestimmung
der Masse mit Hilfe einer gemessenen Gewichtskraft an nur einer
Achse oder gar an nur einer Seite einer Achse mit größeren
prinzipbedingten Unsicherheiten behaftet.
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Schließlich
sind Systeme zur Ermittlung der Fahrzeugmasse bekannt, die auf der
Auswertung fahrdynamischer Größen beruhen. So
wird beispielsweise gemäß eines in der
DE 198 37 380 A1 offenbarten
Verfahrens während einer zugkraftfreien Phase und einer
Zugkraft-Phase des Fahrbetriebes jeweils eine Zugkraft-Größe,
insbesondere das zeitliche Integral der Zugkraft, und eine Bewegungsgröße,
insbesondere die Geschwindigkeitsänderung, ermittelt. Dieses
Verfahren bietet den Vorteil, dass auf zusätzliche Kraft-
oder Drucksensoren vollständig verzichtet werden kann,
weil sämtliche benötigten Rohdaten bei einem modernen
Kraftfahrzeug ohnehin für die Verwendung in anderen Fahrzeugsystemen
in geeigneter Form zur Verfügung stehen. Dementsprechend
fällt auch kein oder zumindest nur ein sehr geringer zusätzlicher
Verkabelungsaufwand an, und die Ausfallwahrscheinlichkeit ist unabhängig
von der Anzahl der Achsen.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist diese Messvariante jedoch dadurch, dass
sie bei geringem Aufwand ein in Bezug auf den verfolgten Zweck ausgesprochen
genaues Signal zur Verfügung stellt: Insbesondere ist es
für eine Getriebe- und Motorsteuerung nicht entscheidend,
wie groß die physikalische Masse der Zuladung ist, sondern
wie groß der am Fahrzeug angreifende Fahrwiderstand ist,
der sich beispielsweise aus dem Luftwiderstand, dem Rollwiderstand,
der Fahrzeugmasse und der Fahrwegsteigung zusammensetzt. Der Luftwiderstand
setzt sich wiederum aus dem Luftwiderstands-Beiwert des Fahrzeugs,
der Querschnittsfläche desselben, der Luftdichte und der
Anströmgeschwindigkeit zusammen, wobei Letztere wiederum
von der Fahrgeschwindigkeit und den herrschenden Windverhältnissen
abhängig ist. Der Rollwiderstand ergibt sich in Abhängigkeit
von der Bereifung, dem Reifendruck, der Federung, der aufliegenden
Masse und den Straßenbelagseigenschaften.
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Das
in der
DE 198 37 380
A1 vorgestellte Verfahren berücksichtigt alle
diese Komponenten dadurch, dass nur zwei relevante Größen
ermittelt und zu einander ins Verhältnis gesetzt werden,
und ist damit jedem Verfahren, welches eine Steuerung eines Antriebsmotors
und/oder eines Getriebes nur auf Grundlage einer ermittelten Fahrzeugmasse
durchzuführen versucht, prinzipiell weit überlegen.
Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin,
dass zum Zeitpunkt des Anfahrens nach einer erheblichen Änderung
der Fahrzeugzuladung noch keine diesbezüglichen Masseänderungsdaten
zur Verfügung stehen. Dies kann insbesondere bei Lastkraftwagen
eine Einschränkung der Nutzbarkeit dieses Verfahrens bedeuten.
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Grundsätzlich
kann bei Lastkraftwagen davon ausgegangen werden, dass für
eine erhebliche Veränderung der Zuladung bzw. des Fahrzeuggesamtgewichts
ein Stillstand des Fahrzeugs erforderlich ist. Es sind zwar Sonderfälle
wie Asphalt-Kipplaster und Beregnungswagen bekannt, jedoch geschieht
bei Letzteren die Gewichtsreduzierung während des Betriebs
so langsam, dass ein Verfahren wie das oben genannte hierauf problemlos
reagieren kann. Weiter wird die Beladung und Entladung, zumindest
sofern es sich nicht nur um geringe Teilmengen der Ladung handelt,
fast ausschließlich bei abgestelltem Fahrzeugmotor vorgenommen.
Dennoch kann bei einem Anfahrvorgang nach einem Stillstand des Fahrzeugs
in den meisten Fällen problemlos die zuletzt gemäß eines
dynamischen Verfahrens ermittelte Fahrzeugmasse verwendet werden,
um den Antriebsmotor und ein automatisiertes Getriebe zu steuern.
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Trotzdem
besteht insbesondere nach einem Abschalten der Zündung
des Fahrzeugs die Möglichkeit, dass die zuvor ermittelte
Fahrzeugmasse bzw. Zuladung sich so erheblich von dem zuvor ermittelten und
gespeicherten Wert unterscheidet, dass der Anfahrvorgang nicht mit
ausreichender oder gewünschter Genauigkeit gesteuert bzw.
geregelt werden kann.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur vorläufigen Bestimmung der Masse eines Fahrzeugs
bei einem Neustart bzw. bei einer Initialisierung des Fahrzeugs vorzustellen,
welches die Vorteile einer dynamischen Masseermittlung vollständig
nutzen kann, ohne den vorstehend beschriebenen Nachteil aufzuweisen. Dieses
Verfahren soll zudem mit einem möglichst geringen baulichen
Aufwand betreibbar und störungsunanfällig sein.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem dynamischen
Verfahren zur Ermittlung der Fahrzeugmasse in den meisten Fällen
die letzte ermittelte Fahrzeugmasse verwendet werden kann und lediglich
für denjenigen Fall, bei dem seit dem letzten Abstellen
des Fahrzeugs eine erhebliche Veränderung der Fahrzeugmasse
eingetreten ist, nach dem Start des Fahrzeugs auf andere Weise eine
Bestimmung der aktuellen Fahrzeugmasse vorgenommen werden muss.
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Demnach
geht die Erfindung von einem Verfahren zur vorläufigen
Bestimmung der Masse eines Fahrzeugs bei Initialisierung aus, wobei
unter dem Begriff der Initialisierung zumeist das Einschalten der Zündung
und ein dadurch ausgelöstes Hochfahren der am Verfahren
beteiligten Steuergeräte zu verstehen ist. Nur in Ausnahmefällen
kommt es vor, dass die beteiligten Steuergeräte bei einem
Abschalten der Zündung des Fahrzeugs nicht heruntergefahren werden,
da diese gegebenenfalls noch weitere Aufgaben übernehmen,
welche auch bei abgeschalteter Zündung zur Verfügung
stehen sollen. Weiter kann es vorkommen, dass ein Fahrzeug bei laufendem
Antriebsmotor oder jedenfalls bei eingeschalteter Zündung
entladen wird. In diesen Fällen soll als Initialisierung
des Fahrzeugs ein dem In-Betrieb-Setzen bzw. In-Bewegung-Setzen
des Fahrzeugs unmittelbar vorangehender Vorgang, wie beispielsweise
das Starten eines Antriebsmotors des Fahrzeugs bzw. die Betätigung
eines bestimmten Bedienelementes durch den Fahrer gelten. Weiter
kann vorgesehen sein, dass die Initialisierung beispielsweise nach
einer Überschreitung einer vorbestimmten Zeitspanne des
Stillstandes des Fahrzeugs automatisch oder durch eine Betätigung
eines bestimmten Bedienelementes durch den Fahrer ausgelöst
wird.
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Das
Fahrzeug umfasst dabei ein Steuergerät, welches auf Grundlage
dynamischer Bewegungsdaten des Fahrzeugs, also beispielsweise der Änderung
der Beschleunigung des Fahrzeugs oder deren zeitlichen Änderungen
einen aktuellen Fahrzeug-Massewert ermitteln kann. Unter dem aktuellen Fahrzeug-Massewert
kann je nach Anwendungsfall ein ermittelter Wert der gesamten Fahrzeugmasse
inklusive der Ladung verstanden werden. Es ist jedoch auch möglich,
stattdessen oder zusätzlich das Gewicht der Zuladung oder
auch das Gewicht der gefederten Masse zu ermitteln.
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Da
die Masse und das Gewicht eines konkreten Körpers bekanntlich
an Land durch die Konstante der Erdbeschleunigung mit einander verknüpft
sind und auch bei teilweise eingetauchten Fahrzeugen über
eine zusätzliche Berücksichtigung des verdrängten
Volumens und dessen spezifischer Dichte leicht zu berechnen sind,
soll hier und im Folgenden auf eine Unterscheidung zwischen der
Masse und der damit verbundenen Gewichtskraft verzichtet werden.
Auch ist das Leergewicht von Fahrzeugen üblicherweise ausreichend
genau bekannt, um die Zuladung des Fahrzeugs durch einfache Subtraktion
des Leergewichtes vom Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu ermitteln.
Weiter ist es gerade in Bezug auf eine Ermittlung eines Achslastwertes üblich,
einen physikalischen Sensor zwischen dem gefederten Teil und dem
ungefederten Teil des Fahrzeugs vorzusehen. Da die Masse des ungefederten
Teils des Fahrzeugs weitgehend konstant ist, lassen sich diese Werte durch
einfache Addition bzw. Subtraktion voneinander ableiten. Diesbezüglich
unterschiedliche Ausprägungen stellen damit äquivalente
Lösungen dar, die in vollem Umfang in den hier beanspruchten
Schutzbereich fallen sollen.
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Weiter
ist vorgesehen, dass das Steuergerät in einem Datenspeicher,
der optional auch Bestandteil des Steuergerätes sein kann,
bei Deinitialisierung des Fahrzeugs, also in den meisten Fällen
bei Ausschalten der Zündung, den zuletzt dynamisch ermittelten
Fahrzeug-Massewert speichert, und dass das Steuergerät
bei oder unmittelbar nach Initialisierung des Fahrzeugs den im Datenspeicher
abgespeicherten, zuletzt ermittelten dynamischen Fahrzeug-Massewert
wieder einliest und für weitere Aufgaben verwendet.
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Zur
Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass das
Steuergerät zusätzlich die Achslast zumindest
einer Hinterachse des Fahrzeugs mittels eines statischen Verfahrens
ermittelt, indem es zumindest einen mit der Achslast korrelierenden
physikalischen Messwert einliest und auf dessen Grundlage einen
statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert ermittelt. Selbstverständlich
ist es hierbei grundsätzlich möglich, alle bekannten
Arten einer derartigen statischen, also bei stehendem Fahrzeug durchzuführenden,
Achslastermittlung anzuwenden.
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Analog
zu den vorstehend gemachten Anmerkungen zum Fahrzeug-Massewert ist
es hier wiederum unerheblich, ob in einer konkreten Ausführungsform
ein Massewert oder, wie üblich, im physikalischen Sinne
eine Gewichtskraft bzw. ein Druck bestimmt wird. Ebenso soll unter
der Achslast wahlweise sowohl ein zwischen einer Achse und einem gefederten
Aufbau des Fahrzeugs gemessener Wert, als auch ein von der Achse
in Richtung des Untergrundes ausgeübter Wert, oder ein
unterhalb der Achse auf den Untergrund ausgeübter Wert
verstanden werden.
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Bei üblicherweise
gegebener Kenntnis des anteilig auf eine Achse entfallenden Anteils
der ungefederten Masse des Fahrzeugs lassen sich diese Werte leicht
in einander umrechnen und sollen daher im Rahmen dieser Ausführungen
als äquivalent gelten. So kann beispielsweise bei einem
gegebenen Fahrzeug die zwischen der Hinterachse und dem gefederten
Aufbau ermittelte Achslast, die etwa durch einen Drucksensor am
Gegenlager der Feder einer Radfederung ermittelt werden kann, leicht
um die anteilige Masse des ungefederten Fahrgestells von beispielsweise
600 kg erhöht werden, wodurch sich der selbe Wert ergibt,
den man bei einer Ermittlung der Achslast an der Aufstandsfläche
der Reifen der Achse erhalten würde. Ebenso ist es beispielsweise
bei einem Kipplaster möglich und sinnvoll, eine Änderung
der Zuladung nicht im Bereich zwischen den gefederten und ungefederten
Massen zu ermitteln, sondern beispielsweise aus dem zum Anheben
des Kippbehälters notwendigen Hydraulikdruck und damit
zwischen Kippauflieger und dem Grundgestell zu ermitteln.
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Schließlich
soll der Begriff der Hinterachse hier und im Folgenden rein funktional
in Hinblick auf den vorliegenden Zweck verstanden werden und selbstverständlich
auch für Fahrzeuge mit hinteren Wellen oder Einzelradaufhängung
entsprechend gelten. Insbesondere ist unter Hinterachse hier nicht
in jedem Fall die hinterste Achse eines Fahrzeugs zu verstehen,
sondern eine Achse, deren Achslast bei bestimmungsgemäßer
Nutzung des Fahrzeugs wesentlich durch eine Veränderung
der Zuladung beeinflusst wird. So können bei einem Fahrzeug
mit Sattelauflieger, das eine gelenkte Vorderachse, zwei hintere
Achsen des Zugfahrzeugs und drei hintere Achsen des Sattelaufliegers
aufweist, alle Achsen mit Ausnahme der vordersten Achse zur Bestimmung
eines statisch ermittelten, aktuellen Massewertes des Fahrzeugs
verwendet werden. In Sonderfällen, beispielsweise bei manchen
speziellen Bergwerksfahrzeugen, kann es sogar vorkommen, dass das
Fahrzeug dazu ausgelegt ist, im Bereich der vordersten Achse erhebliche
Nutzlasten zu tragen. In diesem Fall könnte sogar die vorderste
Achse des Fahrzeugs eine Hinterachse im Sinne der Erfindung sein.
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Da
die Aufzählung der in Frage kommenden Orte der Ermittlung
relevanter Größen in Kombination mit unterschiedlichsten
Fahrzeugauslegungen das Verständnis der wesentlichen Merkmale
des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr erschweren
würde, sollen hier und im Folgenden die Begriff der Masse,
der Achslast und der Hinterachse in dem zuvor definierten, sehr
weiten Sinne verwendet werden.
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Entscheidend
für das erfindungsgemäße Verfahren ist
weiter, dass das Steuergerät zumindest einen mit der Achslast
korrespondierenden physikalischen Messwert einliest und auf dessen
Grundlage, gegebenenfalls nach entsprechender Umrechnung auf eine
einheitliche Bezugsgröße oder sonstigen Aufbereitung,
einen statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert ermittelt und diesen
mit dem aus dem Speicher ausgelesenen, zuletzt dynamisch ermittelten
Fahrzeug-Massewert vergleicht, und in demjenigen Fall, in dem der
statisch ermittelte Fahrzeug-Massewert um mehr als einen vorbestimmten Toleranzbereich
von dem zuletzt dynamisch ermittelten Fahrzeug-Massewert abweicht,
den statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert als relevanten Fahrzeug-Massewert
annimmt, sowie andernfalls den zuletzt dynamisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
als relevanten Fahrzeug-Massewert verwendet.
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Auf
diese Weise kann bei geringstem apparativem Aufwand sichergestellt
werden, dass nach einer erheblichen Veränderung der Fahrzeugmasse durch
Be- oder Entladung nicht mit dem zuvor ermittelten dynamischen Massewert
gearbeitet wird, bis das Steuergerät die Gelegenheit hatte,
diesen durch geeignete dynamische Messungen zu korrigieren. insbesondere
steht damit für den ersten Anfahrvorgang nach einer erheblichen
Veränderung der Beladung des Fahrzeugs ein brauchbarer
Massewert zur Auswahl eines optimalen Anfahrgangs von mehreren Anfahrgängen
des Getriebes zur Verfügung.
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Gleichzeitig
kann auf diese Weise der Aufwand für die Ermittlung des
statischen Massewertes weitestgehend minimiert werden, da dieser
ohnehin nur in dem beschriebenen Sonderfall der erheblichen Ladungsveränderung
zum Einsatz kommt und auch dann nach kürzester Zeit durch
den neu und dynamisch zu ermittelnden Massewert ersetzt wird. Wie schon
ausgeführt wurde, ist letzterer Massewert für Zwecke
der fahrdynamischen Steuerung bzw. Regelung von Fahrzeugaggregaten
und Fahrstabilitätsfunktionen ohnehin erheblich besser
geeignet.
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Dementsprechend
ist es unter ökonomischen Gesichtspunkten sinnvoll, wenn
das Steuergerät den statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
auf der Grundlage der Daten von maximal zwei Sensoren bestimmt,
welche im Wesentlichen auf einer gemeinsamen horizontalen Senkrechenten
zur Längsachse des Fahrzeugs angeordnet sind, und in der Regel
die Auflagekraft einer hinteren Achse des Fahrzeugs ermitteln. Die
Details einer beispielhaft möglichen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes mit
Hilfe der Achslast an nur einer Fahrzeugachse ist weiter vorne bereits
beschrieben worden.
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Wenn
das Steuergerät den statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
jedoch auf der Grundlage der Daten von zumindest einem Sensor ermittelt,
der entweder im Bereich der vordersten aller Hinterachse oder im
Bereich der Auflagefläche eines Sattelaufliegers oder im
vordersten Bereich eines die Nutzlast aufnehmenden Behälters
angeordnet ist, bietet dies zusätzlich den Vorteil kürzestmöglicher
Verkabelungs- oder Funkübertragungswege. Insbesondere bei
Zugfahrzeugen für Sattelauflieger kommt noch hinzu, dass
das gesamte sensorische System am Zugfahrzeug untergebracht werden
kann und damit mit beliebigen Sattelaufliegern ohne Umrüstung
oder Nachrüstung funktioniert.
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Eine
besonders einfache und robuste Möglichkeit der Ermittlung
eines statischen Fahrzeug-Massewertes ergibt sich, wenn der zumindest eine
Sensor ein druckempfindlicher Sensor ist, da diese in der erforderlichen
Belastbarkeit und Robustheit in großer Auswahl und zu günstigen
Preisen verfügbar sind. Insbesondere eignen sich hierzu
piezoelektrische Drucksensoren, da diese aufgrund ihrer Eigenschaften
und wegen ihrer geringen Abmessungen an nahezu beliebigen Stellen
montiert oder nachgerüstet werden können, ohne
hierfür Elemente des Fahrwerks, der Federung oder des Aufbaus
mehr als minimal anpassen zu müssen.
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Sofern
jedoch eine Achsen- oder Aufbau-Federung auf der Basis von pneumatischen
Federungselementen vorliegt, kann zumindest ebenso vorteilhaft ein
Drucksensor eingesetzt werden, der einen Druck in zumindest einem
pneumatischen Federungselement des Fahrzeugs ermittelt.
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Da
ein durch einen solchen pneumatischen Drucksensor ermittelter Sensorwert
in den meisten Fällen – aufgrund der sich über
den Belastungsbereich der pneumatischen Feder verändernden
Auflagefläche der Feder und gegebenenfalls aufgrund weiterer
Effekte wie einem Temperatureinfluss – nicht linear ist,
ist es in diesem Fall besonders vorteilhaft, wenn das Steuergerät
unter Berücksichtigung zumindest einer sich über
den Druck ändernden Auflagefläche in dem pneumatischen
Federelement einen korrigierten Druckwert ermittelt. Dies kann in
der Praxis leicht durch eine Tabelle mit entsprechenden Korrekturwerten
erfolgen.
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Da
insbesondere Anhänger mit großer Zuladung meistens
wenigstens zwei getrennte Achsen aufweisen und ein solcher Anhänger
im Stillstand des Fahrzeugs nicht durch eine zusätzliche
aufgebrachte Kraft z. B. in Form einer Stützlast zu detektieren
ist, ist es gerade für Lastkraftwagen mit Anhängerkupplung
sinnvoll, wenn das Steuergerät zusätzlich zumindest
bei der eingangs definierten Initialisierung überprüft,
ob an das Zugfahrzeug ein Anhänger angekoppelt oder von
diesem abgekoppelt wurde.
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Dies
kann beispielsweise besonders einfach dadurch geschehen, dass bei
Deinitialisierung des Systems abgespeichert wird, ob zu diesem Zeitpunkt ein
Anhänger an dem Zugfahrzeug angekoppelt ist. Dieser abgespeicherte
Zustand wird dann mit dem Zustand bei einer späteren Initialisierung
des Systems verglichen. Die eigentliche Detektion kann auf einfache
Weise beispielsweise mittels eines Sensors an der Anhängerkupplung
oder noch günstiger über eine Auswertung der Stromversorgungsleitungen zum
Anhänger vorgenommen werden. Selbstverständlich
sind auch andere Detektionsarten, beispielsweise über eine
per Kabel oder drahtlos vorgenommene Übertragung einer
Kennung möglich, die beispielsweise die Anhängerklasse
im Sinne eines üblichen oder maximalen Gewichtes bzw. Zuladung des
Anhängers umfassen kann.
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Sofern
der Anhänger mit einem System zur Ermittlung eines eigenen
Anhängermassewertes ausgestattet ist, ist es natürlich
vorzuziehen, diesen aktuellen Anhängermassewert an das
diesbezügliche Steuergerät des Zugfahrzeugs zu übertragen und
bei der Ermittlung des Fahrzeug-Massewertes zu berücksichtigen.
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Sofern
das Steuergerät eine Ankoppelung eines Anhängers
feststellt und der Anhänger keinen eigenen Anhängermassewert übermittelt,
kann die Genauigkeit des statisch ermittelten Massewertes für das
Gesamtfahrzeug dennoch zumindest verbessert werden, wenn der ermittelten
Fahrzeug-Massewert in diesem Fall um einen vorbestimmten oder vorwählbaren
anhängerbezogenen Massewert erhöht wird.
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Beispielsweise
kann der Massewert bei üblichen Lastkraftwagen zumindest
um ein übliches mittleres Leergewicht eines Deichselanhängers
erhöht werden. Noch sinnvoller ist es jedoch, wenn der
Fahrer durch manuelle Eingange in das Steuergerät einen
Zuschlagswert einstellen kann, der entweder in einer konkreten Gewichtseinheit
eingegeben werden kann, oder mit Hilfe von z. B. Symbolen an einem Einstellelement
mit mehreren Schaltstellungen einstellbar ist. Sofern regelmäßig
Güter mit relativ geringer Dichte transportiert werden,
kann dieses Bedienelement auf einem einmal eingestellten Wert verbleiben.
Sofern das Gewicht der gezogenen Anhänger jedoch stark
variiert, kann der Fahrer auf diese Weise bei Bedarf mit einem einfachen
Handgriff dennoch eine ausreichend genaue Ermittlung der Fahrzeugmasse
sicherstellen.
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Nachfolgend
wird eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens vorgestellt:
In einem für die Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgerüsteten
Fahrzeug ist ein Steuergerät vorhanden, welches eine Einrichtung
zur dynamischen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes auf der Grundlage
eingelesener dynamischer Bewegungsdaten des Fahrzeugs aufweist.
Dabei ist im Fahrzeug und bevorzugt im Steuergerät ein
Datenspeicher vorhanden, in dem ein bei einer Deinitialisierung
des Steuergerätes der zuletzt dynamisch ermittelte Fahrzeug-Massewert
abgespeichert werden kann.
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Weiter
ist das Steuergerät so ausgestaltet, dass bei oder unmittelbar
nach einer Initialisierung des Steuergerätes der zuvor
abgespeicherte, zuletzt ermittelte dynamische Fahrzeug-Massewert
aus dem Datenspeicher in eine Vergleichseinrichtung des Steuergerätes
eingelesen werden kann.
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Außerdem
ist zumindest ein Sensor zur Ermittlung einer Achslast zumindest
einer Hinterachse des Fahrzeugs vorhanden und signaltechnisch so
mit dem Steuergerät verbunden, dass das Steuergerät den
Sensorwert einlesen kann. Das Steuergerät umfasst dabei
eine Ermittlungseinrichtung zur Bildung eines statisch ermittelten
Fahrzeug-Massewertes auf Basis des eingelesenen Sensorwertes.
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Der
statisch ermittelte Fahrzeug-Massewertes wird ebenfalls an die Vergleichseinrichtung
des Steuergerätes übergeben, die dazu ausgebildet
ist zu ermitteln, ob ein eingelesener dynamischer Massewert und
ein ermittelter statischer Massewert innerhalb eines vorbestimmbaren
Toleranzbandes liegen. Dabei kommt es letztlich nur auf die Beabstandung
der Werte zueinander in absoluten oder prozentualen Werten an, so
dass an Stelle einer Definition eines Toleranzbandes um den dynamisch
ermittelten Fahrzeug-Massewert selbstverständlich auch
ein Toleranzband um den dynamisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
definiert werden kann.
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Das
Steuergerät ist zudem so ausgebildet, dass dieses für
den Fall, dass einer der Fahrzeug-Massewerte innerhalb des Toleranzbandes
des jeweils andern Fahrzeug-Massewertes liegt, den zuletzt dynamisch
ermittelten Fahrzeug-Massewert annimmt, und andernfalls den statisch
ermittelten Fahrzeug-Massewert als relevanten Fahrzeug-Massewert
verwendet und an eine Ausgabeeinrichtung übergibt, auf
andere Steuergeräte zugreifen können.
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Schließlich
ist zumindest ein anderes Steuergerät vorgesehen, das diesen
relevanten Massewert so lange aus dem Steuergerät auslesen
kann, bis das Steuergerät bzw. die Einrichtung zur dynamischen
Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes einen dynamischen Massewert
mit höherer Genauigkeit oder Zweckdienlichkeit bereitzustellen
in der Lage ist.
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Das
vorgestellte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung können
grundsätzlich auch bei schienengebundenen Fahrzeugen und
Personenkraftwagen vorteilhaft angewandt werden. Sie finden jedoch mit
besonders großem Nutzen bei Fahrzeugen mit im Verhältnis
zum Leergewicht starken möglichen Schwankungen der Zuladung,
insbesondere bei Lastkraftwagen und ganz besonders bei Schwerlastkraftwagen
Verwendung.
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Da
gerade diese Fahrzeuge im Bereich der Hinterachsen oft eine pneumatische
Federung aufweisen, ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Sensor
zur Ermittlung einer Achslast zumindest einer Hinterachse des Fahrzeugs
ein Drucksensor zur Ermittlung eines Innendrucks eines pneumatischen
Federungselementes ist.
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Aus
den bereits erläuterten Gründen ist es auch hier
sinnvoll, wenn das Steuergerät eine Korrektureinrichtung
aufweist, welche einen Einfluss eines sich mit dem Druck eines pneumatischen
Federungselementes ändernden tragenden Querschnittes zu
kompensieren in der Lage ist.
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Die
Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels
werter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung
beigefügt.
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Diese
zeigt einen skizzenhaften und stark vereinfachten Aufbau einer Vorrichtung
zur Durchführung des endungsgemäßen Verfahrens.
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Hierbei
ist ein symbolisch dargestelltes Fahrzeug 1 in Form eines
Lastkraftwagens mit einem erfindungsgemäßem Steuergerät 2,
einem Antriebsmotor 3 und einem automatisiertem Schaltgetriebe 4 dargestellt.
Der Antriebsmotor 3 wird von einem Motor-Steuergerät 5 und
das automatisierte Schaltgetriebe 4 wird von einem Getriebe-Steuergerät 6 gesteuert,
die – wie symbolisch durch einen Doppelpfeil dargestellt
ist – mit einander in gegenseitigem Datenaustausch stehen.
Weiter weist der Lastkraftwagen 1 eine vordere und eine
hintere pneumatische Federung 7 und 8 auf, wobei
nur die in Vorwärtsfahrtrichtung gesehen hintere pneumatische
Federung 8 einen über die Druckleitung 10 mit
dieser verbundenen Sensor 9 zur Ermittlung der Achslast
aufweist, der hier als ein pneumatischer Drucksensor 9 ausgebildet
ist.
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Das
Steuergerät 2 umfasst eine Einrichtung 11 zur
dynamischen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes, den dieses auf
der Grundlage von Daten des Motor-Steuergerätes 5 und
des Getriebe-Steuergerätes 6 in bekannter Weise
bildet. Auch hierbei sind die zugehörigen Datenverbindungen
durch Pfeile angedeutet. Bei Deinitialisierung des Fahrzeugs 1 bzw.
des Steuergerätes 2 wird der zuletzt ermittelte dynamische
Fahrzeug-Massewert in einem Datenspeicher 12 gespeichert.
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Bei
Initialisierung des Fahrzeugs 1 bzw. des Steuergerätes 2 wird
auf der Grundlage eines von dem Sensor 9 ermittelten Wertes
der Achslast von einer im Steuergerät 2 befindlichen
Einrichtung 13 zur Bildung eines statisch ermittelten Fahrzeug-Massewertes
ein statischer Fahrzeug-Massewert gebildet. Genauer gesagt wird
das Drucksignal des Sensors 9 zunächst in einer
Korrektureinrichtung 14 um bekannte Effekte bereinigt,
die auf der mit wechselndem Druck wechselnden Auflagefläche
der hinteren pneumatischen Federung 8 beruhen.
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Eine
Vergleichseinrichtung 15 liest den in dem Datenspeicher 12 abgelegten
letzen dynamischen Fahrzeug-Massewert und den in der Einrichtung 13 zur
Bildung eines statisch ermittelten Fahrzeug-Massewertes gebildeten,
statischem Fahrzeug-Massewert ein und ermittelt, ob der statische Fahrzeug-
Massewert innerhalb eines in diesem Beispiel fest vorgegebenen Toleranzbandes
von ±15% mit dem dynamischen Fahrzeug-Massewert übereinstimmt.
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Ist
dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass sich die Masse
des Fahrzeugs 1 seit der Deinitialisierung nur unwesentlich
verändert hat. In diesem Fall übermittelt die
Vergleichseinrichtung 15 den dynamisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
an eine Ausgabeeinrichtung 16, die diesen Wert beispielsweise
dem Motor-Steuergerät 5 und dem Getriebe-Steuergerät 6 zur
Verfügung stellt.
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Ist
die Abweichung zwischen dem dynamisch ermittelten Fahrzeug-Massewert
und dem statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert jedoch größer als in
diesem Beispiel ±15%, so kann von einer erheblichen Veränderung
der Fahrzeugmasse ausgegangen werden, weshalb die Vergleichseinrichtung 15 den
statisch ermittelten Fahrzeug-Massewert an die Ausgabeeinrichtung 16 übermittelt.
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Sobald
im späteren Fahrbetrieb durch die Einrichtung 11 zur
dynamischen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes ein genauerer
Fahrzeug-Massewert ermittelt wurde, übergibt diese den dynamisch
ermittelten Fahrzeug-Massewert an die Ausgabeeinrichtung 16,
welche diesen an das Motor-Steuergerät 5 und das
Getriebe-Steuergerät 6 weiterleitet.
-
Auf
diese Weise steht bei geringem apparativem und berechnungstechnischem
Aufwand stets ein Fahrzeug-Massewert zur Verfügung, der
für die Steuerung von z. B. dem Motor-Steuergerät 5 und dem
Getriebesteuergerät 6 hervorragend geeignet ist.
-
Die
jeweiligen Fahrzeug-Massewerte, ob nun statisch oder dynamisch ermittelt,
werden bevorzugt in ein Datenbus-System wie einem CAN-Bus eingespeist,
so dass diese auch anderen Steuergeräten für deren
Steuerungs- und Regelungsaufgaben zur Verfügung stehen,
etwa für Fahrstabilitäts- und/oder Antriebsschlupf-Regelungsaufgaben.
-
- 1
- Fahrzeug,
Lastkraftwagen
- 2
- Steuergerät
- 3
- Antriebsmotor
- 4
- Automatisiertes
Schaltgetriebe
- 5
- Motor-Steuergerät
- 6
- Getriebe-Steuergerät
- 7
- Vordere
pneumatische Federung
- 8
- Hintere
pneumatische Federung
- 9
- Sensor,
pneumatischer Drucksensor
- 10
- Druckleitung
- 11
- Einrichtung
zur dynamischen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes
- 12
- Datenspeicher
- 13
- Einrichtung
zur statischen Ermittlung eines Fahrzeug-Massewertes
- 14
- Korrektureinrichtung
- 15
- Vergleichseinrichtung
- 16
- Ausgabeeinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10058045
B4 [0005]
- - DE 102004019624 B3 [0010]
- - DE 19837380 A1 [0012, 0014]