DE10304126A1

DE10304126A1 - Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und es Druckverlustes durch Vergleich mit Referenzgeschwindigkeits und Referenzwegsystemen

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Publication number: DE10304126A1
Application number: DE2003104126
Authority: DE
Original assignee: ODT GmbH; ODT-GMBH
Current assignee: ODT GmbH; ODT-GMBH
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' durch Vergleich mit schlupffreier Referenzgeschwindigkeits- und Wegmessung dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung 8 alle für die Berechnung notwendigen Informationen auflaufen. Hier wird der Referenzwert 9' des zurückgelegten Weges mit dem der Radumdrehungen, gewonnen aus der ABS- Radtachosensorik 12, 10, verglichen. Aus dem Vergleich wir auch mit Hilfe von Korrelationsalgorithmen auf den tatsächlichen Reifendurchmesser und die Profiltiefe geschlossen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft Anordnungen die unter anderem zur Feststellung der Reifenprofiltiefe von Fahrzeugen aller Art gehören.
Die Kenntnis über die Reifenprofiltiefe gehört wohl zu einer der wichtigsten Voraussetzungen zum verkehrssicheren Betreiben eines Kraftfahrzeuges. Neben den wichtigen Größen wie Reifentemperatur oder Reifenluftdruck, kommt der Reifenprofiltiefe im modernen Automobil mit seinen vielen elektronischen Steuer und Regeleinrichtungen eine besondere Rolle zu.
Die Kenntnis über die Tiefe der Profilierung von Fahrzeugreifen hat einen bedeutenden Einfluss für die einwandfreie Funktion verschiedener Fahrerassistenzsysteme wie ABS (Anti- Blockier -System) oder ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) und kann diese entscheidend beeinflussen.
Einrichtungen mit ähnlichem Ziel sind aus der DE 19924 830 A1 oder der DE 197 45 734 A1 bekannt. Bei beiden Erfindungen werden Systeme beschrieben, die durch direkte Messung der Reifenprofiltiefe mit einem Abriebsensor die Stollentiefe erfassen und mittels telemetrischer Übertragungstechnik an die Steuerelektronik der fahrzeugfixen Baugruppen zur Auswertung weitergeben.
Die in den Patenten beschriebenen Sensoren liefern direkte Messergebnisse und erfordern Einzelsensoren an jedem Rad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reifenprofiltiefe ohne Einzelsensoren an den Rädern zu ermitteln. Durch sog. indirekter Messung. Die Messergebnisse sollen durch ohnehin in modernen Fahrzeugen vorhandene Datenerfassungssysteme generiert werden. Im Anschluß daran können sie dem Service, den Steuer- und Regeleinrichtungen zur Verfügung gestellt werden.
Der Vorteil der beschriebenen Erfindung ist, dass sich zusätzliche Reifenprofilsensoren erübrigen, denn das Einbringen von sensorischen Elementen stellt sehr hohe Ansprüche an die Verarbeitung der sensiblen Reifenmanteldecke. Der Betrieb der Abriebsensoren muss unter den schwierigsten Bedingungen gewährleistet sein. Mindestanforderungen an Temperaturen von –40 C° bis +170 C° sind ebenso wichtig, wie dynamische Spitzenbeschleunigung bis 2000g und Geschwindigkeiten von mehr als 300km/h. Auch modernste Elektronik und Reifenherstellung gelangt da schnell an ihre Grenzen.
Es wäre wünschenswert eine Reifenprofiltiefenmessung derart auszugestalten, die ohne Einzelsensoren in den Fahrzeugreifen auskommt, aber trotzdem ähnlich genaue Ergebnisse liefert.
Gegenstand der Erfindung
Günstig für die Akzeptanz der beschriebenen Erfindung sind neue Trends in der Fahrzeugtechnik sowie der Bedarf an neuen Fahrzeugtypen die hier kurz beschrieben werden.
Der Wunsch nach mehr Sicherheit und Zuverlässigkeit wird Fahrzeugräder mit Notlaufeigenschaften fordern und somit das Ersatzrad aus der Kofferraummulde verdrängen. Diese Räder wie z.B. der Dunlop DSST machen ein Luftdruckkontrollsystem zwingend erforderlich, weil der Fahrer den Druckverlust bei diesen Reifen erst sehr spät bemerkt.
So genannte SUV's (Sport Utillity Vehicles) o. ä. werden sogar über Reifensysteme verfügen, die den Luftdruck den ständig veränderten Fahrbahnbedingungen dynamisch anpast. Ein intelligentes Luftdruckmanagement wird jedes Einzelrad kontrollieren und den Bedürfnissen anpassen.
Neben einem exakten Reifendruck- und Temperaturkontrollmanagement wird die nächste Fahrzeuggeneration auch über sogenannte Geschwindigkeits- und Wegreferenzsysteme verfügen.
Es sind Systeme bekannt, die z. B. durch optoelektronische Messungen den zurückgelegten Weg eines Fahrzeuges sehr genau und schlupffrei messen. Als Beispiel sei hier das Produkt CORREVIT° der Firma Corrsys-Datron angeführt.
Diese oder ähnliche Einrichtungen werden in zukünftigen Fahrzeuggenerationen Referenzdaten für die Auswertung von Absolutgeschwindigkeit und zurückgelegtem Weg liefern.
Referenzdaten zum Erfassen des zurückgelegten Weges und der Absolutgeschwindigkeit können auch von modernen hochgenauen GPS' (Global Position System) erzeugt werden.
All diese Systeme sind Stand der Technik und nicht Gegenstand der Erfindung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Auswerteeinheit, die als Hardware oder als Teil einer Subroutine in der Fahrwerk-Managementsoftware wie ABS, ASR (Antischlupfregelung) oder ESP ausgeführt wird.
Durch Auswertung des Reifenabrollumfangs durch die ABS Tachosensoren und des Reifendrucks als f(Temperatur, Beschleunigung, Lenkwinkel) und dem Vergleich mit dem tatsächlich zurückgelegten Weg aus dem Referenzwegsystem, kann mit den individuellen Reifentypkenngrößen die Profiltiefe analytisch ermittelt werden.
Beschreibung der Erfindung an einem Beispiel
Der Abrollumfang eines Rades berechnet sich bekanntermaßen nach der Formel U=π*d.
Mit Abnahme des Reifenprofils 2 nimmt der Abrollumfang des Rades zunehmend ab. Die für das ABS-System 12, 10 notwendigen Tachoimpulse 12' sind zwar in der Lage, ähnlich wie gebräuchliche Tachometer zur Darstellung der Geschwindigkeit, den Umfang eines Rades zu messen, um damit die Geschwindigkeit und den zurückgelegten Weg zu berechnen, – dass jedoch ziemlich ungenau, da sie sich auf einen fixen Raddurchmesser beziehen.
Geht man von einem neuen Reifen mit 8 mm Profiltiefe und 50 cm Gesamtdurchmesser aus, so verliert der Reifen bei einer Abnahme des Profils von 3 mm, 6 mm an Durchmesser. Der Gesamtabrollumfang schwindet von 1.5708 m auf ,1.552 m pro Radumdrehung. Es ist leicht zu erkennen, dass die exakte Darstellung der Geschwindigkeit und des zurückgelegten Weges ein großes Problem darstellt. Nicht zuletzt, weil für alle dynamischen Steuerungsvorgänge und Berechnungen der Regeleinrichtungen im Fahrzeug von einer exakten Geschwindigkeit über Grund ausgegangen werden muß.
Zwar gibt es ABS-Steuergeräte die durch Anwendung spezieller Fehlerkorrekturalgorithmen den Soll-Ist-Wertfehler kompensieren, jedoch auch das nur in Grenzen. Wünschenswert wäre eine Möglichkeit sich bei allen fahrzeugdynamischen Berechnungen auf eine Referenzgeschwindigkeit zu beziehen.
Systeme wie die von der Firma Corrsys Datron sind in der Lage unabhängig von aller Fahrzeugsensorik die exakte Geschwindigkeit bzw. den exakt zurückgelegten Weg über Grund zu erfassen und den Regeleinrichtungen wie ABS, ESP, ASR usw. als Referenz zur Verfügung zu stellen.
Die als einachsige Systeme ausgelegten Sensoren erfassen Geschwindigkeit und Wegstrecke, die als mehrachsige Sensoren ausgelegten Geräte auch das Gieren eines Fahrzeuges. Der zurückgelegte Fahrkurs kann genau bestimmt werden.
Moderne GPS-Systeme eignen sich ebenfalls als Referenzsysteme.
1 verdeutlicht den Vorgang am Beispiel eines Rades.
Es zeigen:

1: Reifentransponder mit Antenne
2: Reifenmantel mit Profil
3: Radreifenbefüllungs- und Entleerungsvorrichtung
4: Reifendruckmanagement
5: Transponderempfangseinrichtung
6: Kennfeldverrechnungseinheit
7: Temperatursensor
8: gesamte Auswertezentraleinheit
9: Weg/Geschwindigkeitsreferenzsystem GPS oder Correvit oder ähnliches System
10: ABS Management
11: Lenkwinkelerfassung
12: ABS-Tachosensoren
13: Rechnerauswerteinheit
14: Luftdruckwert

Für zukünftige Autoreifen ist zu erwarten, dass alle fahrzeugrelevanten Reifendaten im Reifenmanteltransponder 1 selbst angelegt sind. Ein Transponderchip überträgt alle Reifendaten zu der Steuereinrichtungen 8 im Fahrzeug. Aus diesen Daten geht unter anderem der Solldurchmesser des Fahrzeugneureifens hervor. Unter Berücksichtigung des aktuellen Luftdrucks p 14, des Lenkeinschlages 11 und des Referenzweges 9' kann auf den exakten Reifendurchmesser geschlossen werden, indem der von der Elektronik ermittelte zurückgelegte Weg eines beliebigen . Fahrzeugrades mit dem exakten zurückgelegten Weg des Referenzsystems innerhalb eines Messintervalls verglichen wird. Mit der Differenz der beiden Wegmessungen lässt sich der tatsächlicher Raddurchmesser ermitteln. Natürlich unter Berücksichtigung der Korrekturgrößen wie dem aktuellen Luftdruck und der Temperatur.
Bei der Bestimmung in der Auswerteeinheit 8 muss der Reifendruck mit erfaßt werden, denn ein um 0.5 bar reduzierter Reifendruck ergibt 0.5mm weniger Abrollradius! Diese Eigenschaft muss durch entsprechende Maßnahmen zusammen mit der Temperatur im Kennfeldrechner 6 kompensiert werden. Auch ist es sinnvoll für den Zyklus der Auswertung den Lenkwinkel 11 zu berücksichtigen und Lenkeinschläge ungleich der Geradeausfahrt für die Berechnung evt. auszublenden. Unter Berücksichtigung dieser Kompensationsmaßnahmen wird der eigentliche Reifendurchmesser in der Recheneinheit 13 durch Soll – Ist – Auswertung und spezielle Algorithmen ermittelt und steht am Ausgang 15 zur Verfügung. Das Beispiel lässt sich natürlich auf weitere Fahrzeugreifen anwenden. Anschlüsse dieser hier nicht aufgeführten Einheiten für weitere Fahrzeugreifen sind 16, 17, 18. Der Einfachheit halber ist dieses Beispiel aber nur exemplarisch für ein Rad dargestellt.
Beispielhafte sei an dieser Stelle die einfache Berechnung eines Reifendurchmessers ohne Berücksichtigung der kompensierten Kennfeldgrößen und Fehlerrechnungen gezeigt.
Beispiel:
Das Wegreferenzsystem hat einen zurückgelegten Weg von exakt 100 m Fahrkurs ermittelt. Die Anzahl der dabei aufintegrierten Impulse (z.B 100 Impulse/Umdrehung) aus den Tachosensoren ergeben 6443 gezählte Impulse für diesen zurückgelegten Fahrkurs.
Das Rad hat also für diesen Fahrkurs von 100 000 mm etwa 64,43 Umdrehungen gebraucht.
Der tatsächliche Raddurchmesser sich ergibt aus:
Der tatsächliche Wert des Reifendurchmessers ist also um 6 mm kleiner als der eines Neureifens vom gleichen Typ. Der Schwund des Profils ergibt sich also mit 6mm/2 = 3mm.
Mit moderner Auswerteelektronik ist es möglich diese Ergebnisse den anderen regelungstechnischen Einheiten oder dem Fahrer bzw. dem Service zur Auswertung zur Verfügung zu stellen. Auch ist es Möglich sie zur ständigen Aktualisierung in den Reifentransponder 1 zurück zuschreiben um dort eine Verschleißmarke oder ein Verschleißkonto aufzubauen.
Somit ist es möglich nach einem Wechsel von Sommer- auf Winterreifen und umgekehrt die im Transponer angelegten Verschleißdaten für die weiteren Berechnungen nach dem Radwechsel wieder hinzuzuziehen.
Kann der Druckverlust, der bei einem Reifenleck entsteht, nicht mehr durch den fahrzeugeigenen Kompressor ausgeglichen werden, führt diese Umstand ebenfalls gleichzeitig zu einem starken Schwund des Reifendurchmessers. Da die Sensorik ständig den Sollwert des Reifendurchmessers durch Vergleich mit dem Wegreferenzwert im 'Auge' behält und einen starken Druckverlust am Schwinden des Raddurchmessers erkennt, kann Sie Warnsignale aussenden um den Fahrer auf diese gefährliche Situation hinweisen.

Claims

Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' durch Vergleich mit schlupffreier Referenzgeschwindigkeits- und Wegmessung dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung 8 alle für die Berechnung notwendigen Informationen auflaufen. Hier wird der Referenzwert 9' des zurückgelegten Weges mit dem der Radumdrehungen, gewonnen aus der ABS- Radtachosensorik 12, 10, verglichen. Aus dem Vergleich wir auch mit Hilfe von Korrelationsalgorithmen auf den tatsächlichen Reifendurchmesser und die Profiltiefe geschlossen.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der vom Druckmanagement 4 oder einem Druckwächter ermittelte Reifendruck 14 evtl. zusammen mit der Temperatur 7 zur Ergebniskorrektur im Rechner 13 der Steuerelektronik hinzugezogen wird.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 – 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungen durch eine Subroutine des ohnehin vorhandenen Fahrerassistenzsystemmanagements allein durch Softwareänderungen ausgeführt wird.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 – 3 dadurch gekennzeichnet, dass die für die Berechnung relevanten Daten durch einen Transponderchip 1 im Reifen 2 auf die Steuereinrichtung 8 im Fahrzeug übertragen wird, um dem System die Reifensollgrößen und die zur Berechnung notwendigen Reifentypdaten zu übertragen.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 – 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung an ein Warnsystem 19 angeschlossen werden kann, das den Fahrer bei erheblichem Verlust an Raddurchmesser vor evtl. Druckverlust warnt, bzw. in das Fahrzeugmanagement eingreift.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 – 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus Einzelkomponenten z.B. zur Nachrüstung ausgeführt werden kann. Auch ist es Möglich durch geeignete Verknüpfung der Signale und Daten des Fahrzeugbusses solch eine Einrichtung im Fahrzeug zu installieren.
Elektronische Einrichtung zur Messung der Reifenprofiltiefe und des Druckverlust' nach Anspruch 1 – 6 dadurch gekennzeichnet, dass zum Kern der Erfindung irgendein Wegreferenzsystem gehört.