CN105555555B - 确定车辆轮胎的理论胎压与实际胎压的压力比的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用以下步骤确定车辆(10)的轮胎(5)的理论胎压(p_Ideal)与实际胎压(p_Actual)之间的压力比(p_rel)：确定作用到轮胎上的车轮载荷(f)。测定轮胎(5)的动态轮胎半径(r_dyn)。根据车轮载荷(f)和动态轮胎半径(r_dyn)确定压力比(p_rel)。

Description

确定车辆轮胎的理论胎压与实际胎压的压力比的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆轮胎的理论胎压或最佳胎压与实际胎压之间的压力比的方法和系统。

背景技术

文件DE 10 2009 057 578 A1公开了根据每个轮胎印迹长度和胎压研究车辆的多个轮胎的车轮载荷分布。

文件DE 10 2009 057 579 A1说明了根据轮胎的印迹的实际值和理论值测定理论胎压。

文件DE 103 52 539 B4公开了借助于变形传感器监控充气轮胎的车辆。

车辆的滚动阻力基本确定了车辆完成行驶距离所需的能量。对于轿车须使用该能量的大约20%来克服在高速公路上的滚动阻力。在城市区域中，该百分比提高到40%。对于载重车辆，该百分比还更高。在高速公路上，对于载重车辆而言，能量消耗的66%要归因于克服滚动阻力。因此，对于在高速公路上的载重车辆，滚动阻力减少3%可使总能量消耗降低2%。对于最佳胎压的另一标准是行驶稳定性和因此驾驶员的安全以及所有其它交通参与者的安全。

发明内容

因此，本发明目的在于对车辆的驾驶员提供一种指示，借助于其可设定最佳的胎压。

根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1所述的用于确定理论胎压与实际胎压之间的压力比的方法以及通过一种根据权利要求8所述的用于确定理论胎压与实际胎压之间的压力比的系统来实现。从属权利要求限定了本发明的优选的和有利的实施形式。

在本发明的范围中，提供一种用于确定车辆的轮胎的理论胎压或最佳胎压与实际胎压之间的压力比的方法。在此，根据本发明的方法包括以下步骤：

·确定车轮载荷，其主要由于车辆的负载而作用到轮胎上。

·自动测定轮胎的动态轮胎半径。在此，轮胎的这样的半径被理解成动态轮胎半径，即轮胎在车辆直线行驶的情况中所具有的半径。动态轮胎半径例如可通过轮胎的滚动周长来确定。在此，滚动周长相应于轮胎在不打滑地转动的情况下所经过的距离。滚动周长例如可由车辆所经过的行驶距离除以轮胎的回转数的商来算出。

·根据车轮载荷和动态轮胎半径自动地确定压力比。

如果所确定的压力比具有大于1的值，相应的轮胎中的实际胎压过小。反之，如果所确定的压力比具有小于1的值，那么相应的轮胎中的实际胎压过大。所确定的压力比的值偏离1越多，相应的轮胎中的实际胎压在此则偏离理论胎压越多。换言之，所确定的压力比一方面向驾驶员提供相应的轮胎的实际胎压是过高还是过低的指示而另一方面提供实际胎压偏离理论胎压多少百分比的指示。

在此，压力比的确定尤其根据相应的轮胎的常数(以其来定义动态轮胎半径与未负载的轮胎半径之间的理论比)实现。换言之，该轮胎常数是应用参数，其对于每个轮胎(也就是说每个轮胎类型)固定地来规定且在轮胎的使用寿命上不改变。未负载的轮胎半径在轮胎的未负载的状态中确定轮胎的半径。例如当轮胎处于地面上使得其轮胎支承面与地面没有接触时，可确定未负载的轮胎半径。

了解了该轮胎常数可通过以下等式(1)来计算压力比：

　　　　　　(1)

其中，p_Rel相应于待确定的压力比，c_Actual相应于由动态轮胎半径除以未负载的轮胎半径所得的商而c_Ideal相应于规定的轮胎常数。

根据一优选的根据本发明的实施形式，附加地确定轮胎的实际胎压。这例如可利用轮胎内存在的压力传感器实现，但是也可考虑手动地确定当前的胎压。通过将确定的压力比乘以实际胎压，可确定相应的轮胎的理论胎压。确定实际胎压的另一可能性在于借助于轮胎刚度函数来估计实际胎压，如这另外详细地来阐述的那样。

该实施形式有利地以理论胎压的形式向车辆驾驶员提供应调整到相应的轮胎的哪个胎压上的精确指示。

例如通过根据GPS-数据确定车辆所经过的距离且然后将所经过的该距离除以相应的轮胎的回转数(其在由相应的轮胎完成该距离期间被检测)可根据本发明来确定动态半径。相应的轮胎的回转数在此例如可根据所谓的“车轮记数(Wheel Tick)”来确定，其中，例如轮胎每转检测100车轮记数动。在此，车轮记数相应于当轮胎旋转了预定的转动角度时相应由传感器所检测的测量信号。

如之前已在动态轮胎半径的定义中所说明的那样，仅当轮胎不打滑时才可精确地确定动态轮胎半径。出于该原因，在确定动态轮胎半径时应排除车辆的动态行驶情况(例如车辆的紧急制动、伴有轮胎打滑(durchdrehen)的加速)。例如可借助于加速度传感器或通过评估制动信号、ABS-信号或ESP-信号的来识别这样的动态行驶情况，从而仅在轮胎不打滑的行驶情况中确定动态轮胎半径。除此之外，可应用卡尔曼滤波器(Kalman-Filter)以将在预定间隔所检测的车轮记数与期望的车轮记数比较，以便识别出异常值(Ausreisser)且在确定动态轮胎半径时不考虑其。

此外，可根据车辆的偏转比率、该轮胎的转速DG₁、车辆的另一轮胎的另一转速DG₂以及在该轮胎与另一轮胎之间的距离s根据以下等式(2)来测定车辆的轮胎的动态轮胎半径，如这在文件DE 10 2006 020 490 A1中所说明的那样。

　　　　　　(2)

在此，X₁说明周长比，其可借助于以下等式(3)在车辆直线行驶的情况中由第一转速在时间上的积分和第二转速在时间上的积分来计算。

　　　　　　　(3)

根据本发明还可确定轮胎刚度。在了解轮胎刚度(也就是说对于相应的轮胎在未负载的轮胎半径与动态轮胎半径之间的差或距离与车轮载荷之间的比)的情况下，可经由车轮载荷来确定该差。由此，可由动态轮胎半径和该差的和来计算出未负载的轮胎半径。

轮胎刚度的确定因此提供随时(也就是说在不直接测量未负载的轮胎半径的情况下)确定未负载的轮胎半径的可能性。这样确定未负载的轮胎半径通常比例如根据在静止的车辆处的测量所测定的未负载的轮胎半径的测量值或估计值更精确。

根据本发明，现在可对于车辆的每个轮胎确定对于当前的车轮载荷的压力比p_rel或理论胎压p_Ideal并且与相应的轮胎的实际胎压比较。例如可将这两个值(也就是说理论胎压和实际胎压)经由相应的接口传输给车辆的驾驶员。为了促使驾驶员使实际胎压与理论胎压相称，此外可示出由于错误地设定的胎压所积累的附加能量消耗。(例如“由于过低的气压所引起的高2%(0.4 l/100km)的能量消耗”)。此外，在超过一定的能量消耗-阈值的情况下可对驾驶员产生警告，以警告驾驶员防止错误设定的胎压。此外，可警告驾驶员防止由错误的胎压所引起的安全风险。最后，根据本发明还可自动地改变相应的轮胎的胎压，使得其相应于理论胎压。

为了避免在车轮载荷每次改变时将胎压匹配于理论胎压，对于相应的轮胎可确定平均的、最大的或典型的车轮载荷。在该情况中，可根据该车轮载荷(而不根据相应当前的车轮载荷)确定压力比p_rel或理论胎压p_Ideal。

对于确定轮胎刚度存在多个可能性。一方面，可规定轮胎刚度函数，利用其根据实际胎压、车辆的速度和车轮载荷来确定轮胎刚度。

如果前面所说明的轮胎刚度函数对于该车辆不已知，可初步规定轮胎刚度函数，如其例如在以下等式(4)中所说明的那样。

　　　　　　(4)

其中，m相应于轮胎刚度，f相应于车轮载荷而v相应于车辆的速度。a、b、k和n是常数。由于常数b通常非常小，也可在没有“b*v”项的情况下来确定轮胎刚度m。

在该情况中，根据在多个时刻对于车轮载荷、实际胎压以及车辆的速度所测定的测量值来掌握或确定这些常数，从而使估计误差的二次范数最小。对此，例如卡尔曼滤波器(或其它合适的滤波器)在较长的时间段上观察在所测量的值之间的关联。对于规定的轮胎刚度函数如此来确定常数或参数，这还被称为参数识别。在此，还可将车轮载荷或实际胎压近似视作常数或参数，从而可通过在较长的时间段上所测得的测量值不仅来确定常数(例如a、b、k和n)、而且来确定车轮载荷或实际胎压，而不必例如明确地借助于压力传感器来检测胎压。换言之，在尤其可将轮胎刚度函数用于计算轮胎刚度之前，根据本发明的方法首先掌握了轮胎刚度函数的常数。在卡尔曼滤波器的情况中，轮胎刚度函数的待确定的常数或参数形成所谓的卡尔曼-系统状态矢量。借助于引入测量值以时间递归地来估算该矢量。

根据本发明还可根据轮胎的轮胎类型、即在不检测测量值的情况下确定轮胎刚度。

在该备选方案中，例如可存在不同轮胎类型的数据库，在其中对于每个轮胎类型对于一定的胎压和对于一定的车辆速度说明了相应的轮胎刚度。通过例如手动地规定轮胎类型，那么可根据例如在静止中所测量的实际胎压来确定对于相应的轮胎相应有效的轮胎刚度。

在本发明的范围中，还提供一种用于确定车辆轮胎的理论胎压与实际胎压之间的压力比的系统。在此，根据本发明的包括控制部的系统设计成测定相应的轮胎的车轮载荷和动态轮胎半径。然后，根据本发明的系统借助于控制部根据车轮载荷和动态车轮半径确定压力比。

根据本发明的系统的优点大致相应于之前详细实施的根据本发明的方法的优点，从而在此不再重复。

根据本发明的系统尤其设计成执行根据本发明的方法的每个变体。

此外，根据本发明提供一种车辆，其包括根据本发明的系统。

本发明适用于机动车、尤其货车。当然，本发明不限于该优选的应用范围，因为本发明还可被应用在飞机以及有轨车辆中。

附图说明

接下来根据优选的根据本发明的实施形式参考附图来详细说明本发明。

以图1来阐述静态的、动态的以及未负载的轮胎半径的概念。

在图2中示出根据本发明的轮胎刚度(在动态的和未负载的轮胎半径之间的差异与车轮载荷之间的比)的示例。

在图3中示出用于确定理论胎压与实际胎压之间的压力比的根据本发明的实施形式的流程图。

在图4中示意性地示出带有根据本发明的系统的车辆。

具体实施方式

图1中示出轮胎5，其具有静态轮胎半径r_stat、动态轮胎半径r_dyn以及未负载的轮胎半径r₀。静态轮胎半径r_stat确定在轮胎5的中轴线6与车辆所处于的车道之间的最短距离。动态轮胎半径r_dyn可根据轮胎的滚动周长来计算。未负载的轮胎半径r₀是在轮胎5处待测量的最大半径并且相应于轮胎5在未负载的状态中(也就是说，无车轮载荷作用到轮胎上)所呈现的轮胎半径。概括来说，适用以下不等式(5)：

　　　　　　　(5)

以附图标记d来表示未负载的轮胎半径r₀与动态轮胎半径r_dyn之间的差或距离。

在图2中示出对于一定的轮胎或轮胎类型在差d与作用到相应的车轮5上的车轮载荷f之间近似线性的关系或比例m。识别出，在d与f之间的比例m或关系取决于实际胎压和车辆行驶的速度。在图2中说明了对于压力1.7巴、2.2巴和2.7巴以及相应对于0km/h的速度(也就是说对于静止状态)和对于200km/h的速度的比例。

在图3中示出用于确定压力比p_Rel和用于确定理想的胎压p_Ideal的根据本发明的方法的流程图。

在第一步骤S1中确定动态轮胎半径r_dyn。通常适用的是，胎压越低且车轮载荷越高，相应的轮胎在轮胎接触车道的区域中变形越多(也就是说，在动态轮胎半径r_dyn与未负载的轮胎半径r₀之间的区别以及相应地差d越大)。

在第二步骤S2中确定作用到相应的轮胎上的车轮载荷f。在此，车轮载荷f可利用相应的传感器(其例如对于空气悬架(Luftfederung)中测量在相应的弹性元件内的气压)来检测。对于车辆的传统悬架，可根据相应的弹性元件的偏移来检测车轮载荷f。

如果不存在相应的传感器，例如可由车辆的驾驶员手动地输入作用到相应的轮胎上的车轮载荷f。在此，通过例如对于车辆的每个轴线仅规定一个载荷并且假定载荷对称分布，使得规定的轴载荷对半地作用到相应的轮胎上，可进行简化。

在第三步骤3中，例如根据安装在轮胎中的压力传感器来检测相应的轮胎的实际胎压。步骤3是可选的而如果应计算理论胎压的绝对值步骤3尤其是必要的。在没有该步骤3的情况下根据本发明仍可来确定相对胎压p_rel。相对胎压p_rel可说明例如相应的轮胎的胎压以10%过高或过低。

在第四步骤S4中确定轮胎刚度函数，借助于其可根据车轮载荷、胎压以及车辆的速度来确定轮胎刚度m(在动态轮胎半径r_dyn和未负载的轮胎半径r₀之间的差与作用到各轮胎上的车轮载荷f之间的比)。

对此，对于车辆的每个轮胎在一确定的时间段上对于车轮载荷和速度检测或测定测量值。如果实际胎压同样存在，附加地检测相应的测量值。

然后例如借助于卡尔曼滤波器(或类似的附件)可在准备阶段中根据之前所检测的测量值来确定函数m=func(f,p,v)的常数或参数。例如借助于卡尔曼滤波器估计的参数说明了相应的轮胎或轮胎类型的确定的特性并且定义了轮胎刚度函数，从而对于变量车轮载荷f、胎压p以及速度v可确定比例m。

备选地，还可以数据库的形式来提供该函数，在其中对于最不同的轮胎类型相应储存之前所说明的函数，借助于其可根据车轮载荷、胎压以及车速来计算轮胎刚度。此外，存在将说明轮胎刚度函数的数据例如储存在直接在轮胎中或在其处的RFID-标签上且无接触地读出这些数据的可能性。

一旦该函数已知或确定，可在下一步骤S5中根据车轮载荷f和胎压p_Actual借助于轮胎刚度函数来确定轮胎刚度m。在接下来的步骤S6中，由轮胎刚度m与车轮载荷f的乘积得到差d。根据差d，可在下一步骤S7中通过动态轮胎半径r_dyn与差d相加来计算未负载的轮胎半径r₀。

由于现在已知动态轮胎半径r_dyn和未负载的轮胎半径r₀，可在接下来的步骤S8中确定比例c_Actual。根据该比例可在知道理论比c_Ideal的情况下在步骤S9中确定相对压力比p_Rel，从而最后可在步骤S10中由相对压力比p_Rel与实际胎压p_Actual的乘积来计算理想的胎压p_Ideal。

图4示意性地示出带有根据本发明的系统20的根据本发明的车辆。根据本发明的系统20包括控制部1、胎压传感器2、力传感器3以及速度传感器4。

附图标记清单

1 控制部

2 胎压传感器

3 力传感器

4 速度传感器

5 轮胎

6 轮胎中轴线

10 车辆

20 系统

c_Actual 动态轮胎半径与未负载的轮胎半径之间的比

c_Ideal 动态轮胎半径与未负载的轮胎半径之间的最佳比

d 差(r₀–r_dyn)

f 车轮载荷

m 轮胎刚度

p_Actual 实际胎压

p_Ideal 理论胎压

p_Rel 压力比

r₀ 在未负载的状态中的轮胎半径

r_dyn 动态轮胎半径

r_stat 静态轮胎半径

S1-S10 方法步骤。

Claims (9)

1.一种用于确定车辆(10)的轮胎(5)的理想胎压(p_Ideal)即最佳胎压与实际胎压(p_Actual)之间的压力比(p_Rel)的方法，其包括以下步骤：

确定作用到所述轮胎(5)上的车轮载荷(f)，

测定所述轮胎(5)的动态轮胎半径(r_dyn)，以及

根据所述车轮载荷(f)和所述动态轮胎半径(r_dyn)确定所述压力比(p_Rel)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力比的确定另外根据所述轮胎(5)的常数实现，所述常数说明在所述动态轮胎半径(r_dyn)与未负载的轮胎半径(r₀)之间的理想比(c_Ideal)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压力比(p_Rel)根据以下等式(1)来计算：

p_Rel=(1-c_Actual)/(1-c_Ideal)　　(1)，

其中，p_Rel是所述压力比，c_Actual是所述动态轮胎半径(r_dyn)与未负载的轮胎半径(r₀)之间的比而c_Ideal是所述轮胎(5)的规定的常数、即在所述动态轮胎半径(r_dyn)与未负载的轮胎半径(r₀)之间的理想比。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述轮胎(5)的实际胎压(p_Actual)，并且通过将所述压力比(p_Rel)与所述实际胎压(p_Actual)相乘来确定所述轮胎(5)的理想胎压(p_Ideal)。

5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，确定轮胎刚度(m)，根据所述车轮载荷(f)和所述轮胎刚度(m)来确定在未负载的状态下所述轮胎(5)的未负载的轮胎半径(r₀)与所述动态轮胎半径(r_dyn)之间的差(d)，并且由所述动态轮胎半径(r_dyn)与所述差(d)的和来确定未负载的轮胎半径(r₀)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，规定轮胎刚度函数，检测所述轮胎(5)的胎压(p_Actual)，确定所述车辆(10)的速度，并且按照所述轮胎刚度函数根据所述胎压(p_Actual)、所述速度以及所述车轮载荷(f)确定所述轮胎刚度(m)。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在不同的时刻检测所述车辆(10)的当前的速度和当前的车轮载荷(f)的测量值，根据在不同的时刻所检测的测量值来确定轮胎刚度函数，其根据所述速度、所述车轮载荷(f)和所述胎压(p_Actual)说明所述轮胎刚度(m)，并且根据所述轮胎刚度函数确定所述轮胎刚度。

8.一种用于确定车辆(10)的轮胎(5)的理想胎压(p_Ideal)即最佳胎压与实际胎压(p_Actual)之间的压力比(p_Rel)的系统，其中，所述系统(20)包括控制部(1)，

其中，所述系统(20)设计成确定作用到所述轮胎(5)上的车轮载荷(f)且测定所述轮胎(5)的动态轮胎半径(r_dyn)，并且其中，所述系统(20)设计成借助于所述控制部(1)根据所述车轮载荷(f)和所述动态轮胎半径(r_dyn)确定所述压力比(p_Rel)。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统(20)设计用于执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。