CN103808956A - 用于求出行驶风的速度和风速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于求出一沿着行驶方向作用到一运动的机动车上的行驶风的速度的方法。该方法包括测量一针对运动的机动车的行驶风到所述机动车的马达风扇的转子上的力作用的特征值,以及从所述特征值中计算所述沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度。此外,本发明还涉及一种用于求出一沿着一运动的机动车的行驶方向的风速的方法,其包括借助于根据本发明的方法来求出所述沿着行驶方向作用到一运动的机动车上行驶风的速度,求出所述机动车的行驶速度,以及从所述行驶风的速度并且从所述机动车的行驶速度中计算出沿着所述机动车的行驶方向的风速,其中,所述行驶风沿着行驶方向作用到所述机动车上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于求出行驶风(Fahrtwindes)的速度的方法,所述行驶风沿着行驶方向作用到运动的机动车上。此外,本发明还涉及一种用于求出一沿着运动的机动车的行驶方向的风速(Windgeschwindigkeit)的方法。此外,本发明涉及一种计算机程序,当所述计算机程序在一控制设备上运行时,所述计算机程序实施根据本发明的方法的所有程序,本发明还涉及一种数据载体,其存储所述计算机程序。最后,本发明涉及一种控制设备,其构造用于实施根据本发明的方法。
背景技术
根据公式1,机动车在车辆牵引方面的行驶阻力Fges是滚动阻力FRo、上坡阻力FSt、加速阻力FBe、空气阻力FLu和制动阻力FBr的总和:
Fges = FRo + FSt + FBe + FLu + FBr (公式1)。
所述滚动阻力FRo按照公式2计算,所述上坡阻力FSt按照公式3计算,并且所述加速阻力FBe按照公式4计算:
FR0 = m · g · μ · cos α (公式2)。
FSt = m · g · sin α (公式3)。
FBe = m · a (公式4)。
其中,m表示机动车的质量,g表示重力加速度,a表示车辆加速度,μ表示滚动阻力系数以及α表示行驶路线的坡度。
空气阻力FLu按照公式5计算:
cw表示空气阻力系数,其例如可以在车辆实验或在风洞中确定。如今用于改进所述cw值的方法基本上已耗尽。A表示车辆端面积,其是恒定地设定的。ρ表示空气的密度。其是已知的并且可以借助于大气压力测量来确定,v表示车辆速度,其可从车轮速度和车轮圆周或者说内燃机的档位选择或转速以及车轮圆周中确定,或者可借助于一导航***来求出。v0表示逆风速度。其与由天气引起的风力条件以及由在先行驶的车辆所引起的效应、例如风影或涡流相关。v和v0之差被称作行驶风速。其表示了在机动车作为运动体和周围的介质空气之间的相对速度。在“顺风”的情况下,所述行驶风速小于所述机动车的行驶速度,因为周围的介质沿着周围方向被带动。由此减小的风速允许了例如一更高的最大行驶速度。在“逆风”的情况下,在机动车和介质空气之间的相对速度大于在无风的情况下。通过提高的相对速度,所述空气阻力更强,由此在例如恒定的驱动力的情况下所述最大的行驶速度减小。为了在逆风的情况下保持所述行驶速度,需要一更强的驱动力。
在公式5中二次幂地引入的行驶风速具有对于燃料消耗且因此对于所述机动车的有效距离具有重要影响。用于减小机动车的消耗或者说提高有效距离的控制策略和调节策略根据公式1需要关于单个的行驶阻力且因此关于所述行驶风速的实际的和/或适配的和/或预测的信息。如今的机动车不具有用于探测所述行驶风速的传感器。因此在控制策略和调节策略时一般忽略所述行驶风速,这导致了在所述策略中的错误。
发明内容
一种用于求出一沿着行驶方向作用到运动的机动车上的行驶风的速度的方法,也就是说根据公式5的速度(v-v0),该方法包括:测量一针对所述运动的机动车的行驶风到所述机动车的马达风扇的转子上的力作用的特征值;以及从所述特征值中计算出沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度。因此本发明涉及利用已有的马达风扇作为传感器来确定所述行驶风速。与机动车的类型无关,不管是一具有传统的内燃机的车辆,一混合动力车辆或是一电动车,在所有类型的机动车的情况下一般来说始终在一必要时存在的冷却器百叶窗后面构造至少一个风扇。所述风扇应根据行驶风速来冷却一个或多个冷却循环,例如马达冷却循环或HV电池冷却循环(高压)。利用风扇来作为传感器,能够实现利用所述机动车的已经存在的部件来确定所述行驶风速。
当在切断的马达风扇的情况下进行所述特征值的测量时,优选的是,所述特征值是所述转子的转速或所述马达风扇的电动马达的感应的交流电压的过零点的频率。在切断的马达风扇的情况下,在现在的马达风扇类型中会出现每分钟多于1000转的转速。根据马达风扇的实施方式,所述转速例如可以经由一在所述风扇中构造的转速传感器,例如一霍尔传感器或一感应的传感器来探测。在电子换向的电动马达的情况下,可以测量所述感应的交流电压的过零点的频率。在具有整流器的直流马达的情况下,所述转速n可以从所述感应电压导出到所述电动马达的激励线圈中。所述感应电压在此情况与所构造的电动马达的类型相关。例如针对一交流电发电机的线圈的峰值电压适用于公式6:
Kg在此情况下表示发电机特定的(generatorspezifische)常数。
当在接通的马达风扇的情况下进行所述特征值的测量时,优选的是,所述特征值是为了实现所述转子的预设的转速所需的所述转子的电流强度。在激活的风扇的情况下,通常所述风扇控制装置调节一通过所述冷却循环的控制装置所预设的转速。为此需要一确定的电流。根据作用到所述转子叶片上的风速,为此需要或多或少的电流。因此,所述电流强度是与风速相关的。这样,根据在激活的运行中的电流强度,可以推断出所述行驶风速。为了改善准确度,优选进行一与在静止的车辆的情况下的参考测量的比较。此外优选的是,进行所述供给电压和所述温度的组合。
优选的是,在计算沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑至少一个值,所述值从由周围空气温度、周围空气压力和周围空气密度构成的组中选出。可以利用所述参数来确定针对所述马达风扇的转速的加法的(additive)或减法的(subtraktive)修正系数,该修正系数被纳入到所述行驶风的速度的计算中。
优选地,在计算沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑所述马达风扇的至少一个特征值的校正测量的结果,所述校正测量在接通的马达风扇以及关闭的所述马达风扇的冷却器百叶窗的情况下在运动的机动车中实施。替选地优选的是,在计算沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑所述马达风扇的至少一个特征值的校正测量的结果,所述校正测量在接通的马达风扇和关闭的所述马达风扇的冷却器百叶窗的情况下在不运动的机动车中实施。
由于在机动车中所述行驶速度v根据公式5一般来说总是已知的,因此在已知了行驶风速的情况下,可以根据公式5朝向车辆纵轴导出所述风速v0。之后,该值可以在所述车辆的内部的运行策略中作为输入参数来使用。例如在混合动力车辆的给定的速度的情况下所述驱动马达的运行点根据风速而强烈地移动,且因此所述风速会影响其分配。为此,用于确定一沿着运动的机动车的行驶方向的风速的方法包括:借助于根据本发明的方法,求出沿着行驶方向作用到所述运动的机动车上的行驶风的速度;求出所述机动车的行驶速度;并且从所述行驶风的速度以及从所述机动车的行驶速度中计算出沿着所述机动车的行驶方向的风速,所述行驶风沿着行驶方向作用到所述机动车上。
根据本发明的计算机程序能够实现将根据本发明的方法在一现有的控制设备中执行,无须为此进行结构上的改变。为此,当所述计算机程序在一计算设备或控制设备上运行时,其实施根据本发明的方法的所有步骤。根据本发明的数据载体存储根据本发明的计算机程序。通过根据本发明的计算机程序在一控制设备上的运行,获得了根据本发明的控制器,其构造用于求出一行驶风的速度和/或沿着一运动的机动车的行驶方向的风速。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐释。
图1 示意性示出了机动车中的马达风扇的结构,
图2 在一图表中定性地示出了在不同的温度下的风扇特征曲线,
图3 在一图表中定性地示出了在不同的机动车地理高度下的风扇特征曲线,
图4 在一图表中定性地示出了在不同的车辆速度下的风扇特征曲线,
图5 在一图表中定性地示出了在本发明的一种实施方式中的马达特征曲线的走向以及风扇特征曲线的走向,
图6 在一图表中定性地示出了在本发明的另一种实施方式中的马达特征曲线的走向以及风扇特征曲线的走向。
具体实施方式
在图1中示意性示出了一机动车中的马达风扇1的结构。所述马达风扇1由一转子11和一冷却器马达12构成。该冷却器马达布置在一冷却剂冷却器21之后,在该冷却剂冷却器之前布置一气体冷却器/冷凝器22。在所述气体冷却器/冷凝器22之前布置两个NT冷却剂冷却器231、232。所述冷却剂冷却器21、所述气体冷却器/冷凝器22和所述NT冷却剂冷却器231、232的管道***,以及与此配设的冷却剂泵和冷却剂压缩机均未示出。所述冷却器21、22、231、232可以布置在一冷却器百叶窗3之后,在一些机动车中当然也可舍弃该冷却器百叶窗。所述马达风扇和所述冷却器21、22、231、232的控制通过一控制设备4进行。
在行驶的机动车的情况下,一行驶风(Fahrtwind)作用到所述转子11上。该风流体w的动能密度根据公式6定性地随风速v增长:
ρ在此情况下表示空气的密度。作用到转子叶片上的风流体导致所述转子11的转动。风速的提高导致了到所述转子叶片上的提高的能量引入且在此导致了更高的转速。该效应能够实现到所述转子11上的行驶速度的确定。
所述马达风扇1的转矩M和转速n之间的关联是与温度相关的。图2定性地示出了在不同的温度下的风扇特征曲线(转速n关于转矩M)。风扇特征曲线51是在-40℃的温度下记录的,风扇特征曲线52是在20℃的温度下记录的并且风扇特征曲线53是在120℃的温度下记录的。由于机动车的地理高度根据气压公式而具有对于空气压力的影响,因此转矩M和转速n之间的关联也是与高度相关的。图3定性地示出了在20℃的温度下在海平面(标准零点)的一风扇特征曲线61的轴线,在标准零点之上1000m的风扇特征曲线62的走向,以及在标准零点之上3500m的风扇特征曲线63的走向。随着提高的行驶速度,所述马达风扇1的转速也提高。
图4示出了在20℃的温度下以及在标准零度的高度上的一静止的机动车的风扇特征曲线71的走向以及一快速行驶的机动车的风扇特征曲线72的走向。在所述马达风扇1的限定电流的运行中,将所述风扇马达12的转速调节到一恒定值上,并且当接收电流(Aufnahmestrom)超过了一最大值时,解除所述转速。其取决于车载网络电压、转速要求、马达温度、详细的调节策略等等。
图5示出了在本发明的一种实施方式中的风扇特征曲线81和马达特征曲线82的走向。图6示出了在本发明的另一种实施方式中的风扇特征曲线91和马达特征曲线92的走向,具有所述接收电流的另一最大值。
为了根据本发明在控制设备4中确定一行驶速度,所述机动车行驶并且所述风扇马达12在本发明的一种实施方式中已经被激活或者针对该测量要被激活。为了确定一工作点,也就是说一转矩M作为转速n的函数,首先要等待,直到根据图5或图6所述风扇特征曲线和所述马达特征曲线的交点已经自行调节出。借助于一霍尔传感器或一反电动势来确定所述转子11的转速。所述风扇马达21的接收电流经由一测量分流(Messshunt)来确定。由于所述马达特征曲线82、92始终相同地走向,可以从图5或图6中确定所述转矩M。在转速n恒定的运行范围中,因为该转速例如在一界限中走向,可以使用所述风扇马达12的接收电流来确定所述风扇转速M。当所述接收电流恒定时,因为其例如在一界限中走向,可以使用所述马达转速来确定所述风扇马达11的转速。
接下来消除空气温度和空气压力、也就是说空气密度的影响。利用所述转矩和所测量的空气温度可以从图2中确定一与空气温度相关的、用于所述转速的加法的/减法的修正值,替选地也可以确定一修正系数。利用所述转矩和一高于标准零点的高度,该高度可以从所测量的周围压力中计算出或从一导航仪中获悉,可以从图3中确定一针对所述转速的与高度相关的、加法的/减法的修正值或修正系数。替选地,也可以同时地从温度和大气压力中计算空气密度,其中,可选地还可以纳入空气湿度,前提是空气湿度是已知的。随后可以求出针对所述转速的与空气密度相关的、加法的/减法的修正值或修正系数。与空气相关的以及与高度相关的或者说与空气密度相关的转速修正值利用所测量的转速进行结算(verrechnet)。利用所述转速值和已经确定的转矩,从图4中确定一以海平面和20℃为标准的、也与车辆和部件相关的特定的行驶风速。从所测量的行驶风速中减去所测量的车辆速度,则获得了所述风速。图2至6或者说相应的特征场通过逻辑演算/参数化,不仅考虑风扇部件特性本身,也考虑机动车的与空气阻力相关的相关性、其动力化和其装备。这样,额外的热交换器可以例如提高机动车的空气阻力。
在具有冷却器百叶窗3的机动车中,存在如下可能性,通过关闭所述冷却器百叶窗3,针对零风速读入所述风扇特征曲线和所述马达特征曲线的值,且因此例如通过一偏差修正来平衡由于老化、漂移和制造公差而造成的影响。该校正过程可以替选地在每次风速测量之前来实施。此外,所述电流调节从一恒定的车载网络电压或者说电池电压出发。为了考虑一非恒定电压的影响,所述电流控制或者说电流调节的修正可借助于修正系数来实现。为此可以借助于分压器和模拟-数字-转换器(ADC)来测量所述供给电压。
在根据本发明的用于在一具有冷却器百叶窗3和一可选的校正测量的机动车中在行驶期间的确定所述行驶速度和所述风速的实施方式中,在所述方法开始时已经在运行中激活了或者说要激活所述马达风扇1。将所述冷却器百叶窗3关闭并且所述风扇电子装置测量风扇转速、电池电压和供给电流。所述校正测量能够平衡迟缓、温度、老化、漂移和公差的影响。将所述冷却器百叶窗3再次打开并且所述风扇电子装置重新测量风扇转速、电池电压和供给电流。如果存在一转速调节,则针对每个恒定保持的转速进行不同的电流接收的评价。如果不存在转速调节,则进行不同的电流接收和转速的评价。在考虑车辆速度以及必要时利用修正地理高度和空气温度的前提下,计算所述行驶风速和所述风速。在根据本发明的方法的另一种实施方式中,所述机动车不具有冷却器百叶窗3,并且固定地进行一校正测量。所述马达风扇1已经位于运行中或者要被激活。所述风扇电子装置首先固定地且随后在行驶期间测量所述风扇转速、电池电压和供给电流。当进行所述风扇马达12的转速调节时,参照恒定保持的转速来评价不同的电流接收,相反,当不进行转速调节时,评价不同的电流接收和不同的转速。在考虑车辆速度以及必要时利用修正标准零度之上的高度和空气温度的前提下,从特征场中计算所述行驶风速和所述风速。
在根据本发明的方法的另一种实施方式中,在风扇出口中进行转速下降的测量。所述马达风扇1处于运行中或者被激活。所述风扇电子装置测量风扇转速、电池电压和供给电流。之后切断所述马达风扇1。在一时间序列中连续地探测所述转速下降。随后再次接通所述马达风扇1,前提是其事先是接通的。从所述风扇转速的指数下降中可以估算所述行驶风速。为此可以例如使用时间常数作为行驶风速的函数,其中,进行与一参考表格或特征曲线的比较。在此情况下,还考虑机动车类型、其动力化和装备的相关性。随后可以从所述行驶风速中计算所述风速。
Claims (10)
1.用于求出行驶风的速度的方法,所述行驶风沿着行驶方向作用到一运动的机动车上,所述方法包括:
- 测量一针对所述运动的机动车的行驶风到所述机动车的马达风扇(1)的转子(11)上的力作用的特征值,并且
- 从所述特征值中计算所述沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,在切断的马达风扇(1)的情况下进行所述特征值的测量,并且所述特征值是所述转子(11)的转速或所述马达风扇的电动马达(12)的感应的交流电压的过零点的频率。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,在接通的马达风扇(1)的情况下进行所述特征值的测量,并且所述特征值是为了实现所述转子(11)的预设的转速所需的所述马达风扇(1)的电流强度。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在计算所述沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑至少一个值,所述值从由周围空气温度、周围空气压力和周围空气密度组成的组中选出。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,在计算所述沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑所述马达风扇(1)的至少一个特征值的校正测量的结果,所述校正测量在接通的马达风扇(1)和关闭的所述马达风扇(1)的冷却器百叶窗(3)的情况下在运动的机动车中实施。
6.按照权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,在计算所述沿着行驶方向作用到所述机动车上的行驶风的速度时,考虑所述马达风扇(1)的至少一个特征值的校正测量的结果,所述校正测量在接通的马达风扇(1)和打开的所述马达风扇(1)的冷却器百叶窗(3)或缺少的冷却器百叶窗(3)的情况下在不运动的机动车中实施。
7.用于求出沿着一运动的机动车的行驶方向的风速的方法,所述方法包括:
- 借助于按照权利要求1至6中任一项所述的方法,求出一行驶风的速度,所述行驶风沿着行驶方向作用到一运动的机动车上,
- 求出所述机动车的行驶速度,并且
- 从所述行驶风的速度并且从所述机动车的行驶速度中计算出沿着所述机动车的行驶方向的风速,其中,所述行驶风沿着行驶方向作用到所述机动车上。
8.计算机程序,当所述计算机程序在一计算设备或控制设备(4)上运行时,所述计算机程序实施按照权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。
9.数据载体,其特征在于,所述数据载体存储一按照权利要求8所述的计算机程序。
10.控制器(4),其构造用于借助于一按照权利要求1至7中任一项所述的方法来求出一沿着行驶方向作用到一运动的机动车上的行驶风的速度和/或沿着一运动的机动车的行驶方向的风速。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140521 |